仿貽貝的納米電磁復(fù)合體及其復(fù)合水凝膠的制備與性能研究.x課件

仿貽貝的納米電磁復(fù)合體及其復(fù)合水凝膠的制備與性能研究水凝膠是水溶性高分子或親水性高分子通過物理和化學(xué)交聯(lián)而形成的三維網(wǎng)絡(luò)聚合體,由于其有生物組織相似的結(jié)構(gòu),在組織工程領(lǐng)域廣泛的使用。但是傳統(tǒng)水凝膠存在著力學(xué)性能不足,功能單一等缺點(diǎn)。將不同納米材料進(jìn)行復(fù)合,往往能夠賦予水凝膠新的結(jié)構(gòu)或者功能,從而解決生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域所面臨的一些復(fù)雜問題。本論文圍繞電磁納米材料及其納米復(fù)合水凝膠開展以下工作:1、作為一種納米材料,Fe₃O₄納米顆粒可以作為納米增強(qiáng)相,用于制備Fe₃O₄納米顆粒復(fù)合水凝膠。然而Fe₃O₄納米顆粒容易在水凝膠體系中團(tuán)聚,會(huì)降低納米增強(qiáng)的效果,導(dǎo)致水凝膠的力學(xué)性能不足。并且傳統(tǒng)的Fe₃O₄納米顆粒復(fù)合水凝膠都是不具有粘附性的。這些不足都限制Fe₃O₄納米復(fù)合水凝膠的使用范圍。在本研究中,在共沉淀法制備四氧化鐵（Fe₃O₄）納米顆粒過程中引入具有良好粘附性及化學(xué)活性的聚多巴胺（PDA）,制備了PDA-Fe₃O₄納米顆粒。在該過程中PDA一方面可以調(diào)控合成的Fe₃O₄納米顆粒的粒徑大小和形貌;另一方面能在Fe₃O₄納米顆粒的表面引入具有高活性的酚羥基功能團(tuán),從而改善Fe₃O₄納米顆粒的分散穩(wěn)定性。然后將PDA-Fe₃O₄納米顆粒作為納米增強(qiáng)相復(fù)合聚丙烯酰胺（PAM）水凝膠網(wǎng)絡(luò)中,制得了PDA-Fe₃O₄納米增強(qiáng)復(fù)合水凝膠。力學(xué)測(cè)試結(jié)果顯示PDA-Fe₃O₄納米顆粒復(fù)合水凝膠復(fù)合水凝膠的拉伸強(qiáng)度達(dá)到0.1MPa,斷裂能達(dá)到4900J/m²,壓縮強(qiáng)度達(dá)到1.1Mpa。良好的力學(xué)性能由于PDA中酚羥基和聚丙烯酰胺分子鏈上氨基的氫鍵作用能改善水凝膠的韌性和回復(fù)性。此外,PDA的酚羥基還可以賦予水凝膠優(yōu)異的組織粘附特性和細(xì)胞親和性。從而拓寬Fe₃O₄納米復(fù)合水凝膠在組織工程領(lǐng)域的應(yīng)用。2、納米電磁復(fù)合材料兼具磁性和導(dǎo)電性兩種性質(zhì),在新型復(fù)合材料的研究中占有重要的地位。傳統(tǒng)方法制備納米電磁復(fù)合材料時(shí)需要的反應(yīng)條件苛刻,容易對(duì)納米顆粒本身性質(zhì)造成破壞。本研究基于聚多巴胺（PDA）的酚羥基可以通過共價(jià)或非共價(jià)鍵在溫和條件下與幾乎所有類型的物質(zhì)發(fā)生相互作用的優(yōu)點(diǎn)。通過PDA酚羥基的作用,在CNT的表面原位生成Fe₃O₄納米顆粒,制得了同時(shí)具有磁響應(yīng)性和高電導(dǎo)率的PDA-Fe₃O₄-CNT納米電磁復(fù)合體。納米電磁復(fù)合體SEM和TEM分析證明在PDA酚羥基的作用是形成納米電磁復(fù)合體的必要條件。XRD分析證明PDA酚羥基的作用不會(huì)破壞CNT結(jié)構(gòu)和Fe₃O₄納米顆粒的結(jié)晶性。另外永磁材料測(cè)試系統(tǒng)分析也證明了該方法生成的納米電磁復(fù)合體仍然具有高的順磁特性。這種PDA調(diào)控制備納米電磁復(fù)合體的方法條件溫和、對(duì)設(shè)備要求低、產(chǎn)量大、具有普適性、且CNT和Fe₃O₄納米顆粒的本身性質(zhì)保持良好。本研究仿貽貝納米材料的合成方法為納米復(fù)合體材料的制備提供了一個(gè)新思路。3、在人體內(nèi),肌肉等軟組織材料內(nèi)部都是存在高度有序排列的結(jié)構(gòu),使得組織表現(xiàn)出各向異性的性質(zhì),來適應(yīng)外界環(huán)境的變化。各向異性水凝膠具有與生物組織相似的取向結(jié)構(gòu),能在組織工程中發(fā)揮重要作用。為制備各向異性水凝膠,在本研究中,基于PDA-Fe₃O₄-CNT納米電磁復(fù)合體優(yōu)異的磁響應(yīng)特性,利用定向磁場(chǎng)使得納米電磁復(fù)合體完成取向,并通過自由基聚合將其固定在聚丙烯酰胺水凝膠網(wǎng)絡(luò)中,制得了力學(xué)性能和導(dǎo)電性能各向異性的納米電磁復(fù)合體水凝膠。通過EDS線掃和面掃,激光共聚焦掃描顯微鏡透射分析,紅外激光衍射等分析方法證明在定向磁場(chǎng)作用下,PDA-Fe₃O₄-CNT納米電磁復(fù)合體在聚丙烯酰胺水凝膠網(wǎng)絡(luò)中定向排列。并且納米電磁復(fù)合體可作為納米增強(qiáng)相進(jìn)而提高水凝膠的力學(xué)性能。此外,由于PDA中酚羥基官能團(tuán)的細(xì)胞親和性,各向異性復(fù)合水凝膠表現(xiàn)出良好的細(xì)胞相容性和細(xì)胞親和性。結(jié)合水凝膠的導(dǎo)電性和網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部含有定向排列的導(dǎo)電通路,在電刺激作用下,水凝膠可以對(duì)接種在表面的成肌細(xì)胞（C2C12）取