98 / 2021-05-22 09:12:30

磁诱导高强度各向异性水凝胶的构建及性能研究

目前大多数的水凝胶缺乏高机械强度和各向异性功能，限制了其应用。受人体软组织的启发，其内部具有层次有序纳米复合结构，表现出高度各向异性的机械强度和功能，以适应复杂的环境。因此，向水凝胶中引入有序的纳米复合结构，是赋予水凝胶高机械强度和优异的各向异性功能的有效策略。在这里，我们报道了一种高强度、低摩擦的超韧各向异性水凝胶。首先，基于贻贝仿生技术，利用聚多巴胺（PDA）的介导作用在蒙脱土（MMT）的表面原位生成四氧化三铁（Fe₃O₄）纳米颗粒，获得PDA-Fe₃O₄-MMT纳米复合物。然后，利用磁场定向技术使稳定分散在聚乙烯醇/聚丙烯酸（PVA/PAA）水凝胶基质中PDA- Fe₃O₄-MMT纳米复合物在取向排列形成定向结构。最后，结合冷冻-解冻、退火技术获得各向异性水凝胶以更好地模拟生物组织的形态和力学性能。研究结果表明，该各向异性PVA/PDA-Fe₃O₄-MMT/PAA水凝胶具有有序的微观结构、各向异性力学性能（机械强度得到很大提升）。值得注意的是，此项工作首次研究了各向异性结构对水凝胶的摩擦学性能的影响，水凝胶的摩擦性能表现为各向异性，在PDA-Fe₃O₄-MMT纳米复合物取向方向，摩擦系数明显降低（0.038）。总之，这项工作提供了简单有效的方法获得具有定向结构、高机械强度、各向异性特性的水凝胶，在组织工程等领域具有应用前景。