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高强度双网络水凝胶的制备及其性能研究开题报告

 2020-02-10 11:02  

1. 研究目的与意义(文献综述)

传统的高分子水凝胶材料通常是由天然材料及其衍生物组成,通过化学键交联,在交联网络结构中,交联链节分布很不均一,导致凝胶网络不均匀,受力时容易产生应力集中[1,2]。同时,水凝胶网络结构中含有大量水,这虽使得它具有高度的仿生性,即物理性质与细胞外基质相似,可以模拟人体组织结构并在组织工程和生物医药得以应用[3],但是这也往往导致聚合物链段处于高度溶胀状态,在受力过程中表现出较大的脆性和低效的能耗机制,导致高分子水凝胶材料表现出较差的力学性能[4,5]。而随着生命科学的发展,人们对水凝胶提出了更高的要求,人们希望当其用于组织修复时,不仅能够为缺损部位提供一定的力学支撑作用,还可以有更多的功能性[6],使其能够成为生命机体的一部分参与生命活动,进而实现组织的修复与重建[7]。为克服传统水凝胶这些缺陷,许多新的制备方法和凝胶系统被开发出来,高强度双网络水凝胶应运而生。最早双网络水凝胶的是由两种交联密度不同的化学交联网络(高化学交联密度的刚性第一网络与较低化学交联密度的柔性第二网络)结合在一起构成[8]

本论文工作将制备一种聚丙烯酰胺-锂藻土/海藻酸钠-金属离子双网络水凝胶,它通过双网络结构赋予水凝胶优异的力学性能。以锂藻土交联的聚丙烯酰胺类 水凝胶不仅拉伸强度约为普通水凝胶的10倍,而且断裂伸长率可达1300%[9]。海藻酸钠是一种天然存在的阴离子聚合物,通常可从多种褐藻中获得,并且由于其生物相容性,低毒性,相对低的成本以及通过添加二价阳离子如ca2 即可轻度凝胶化而被广泛研究并用于许多生物医学应用[10]。海藻酸钠伤口敷料可以保持一个生理湿润的微环境,最大程度减小伤口部位的细菌感染,并促进伤口愈合。此外,海藻酸钠水凝胶可以以微创方式口服给药或注射到体内,这使得它可以在药物领域中有着广泛应用[11]。而且关键的是这种双网络水凝胶相比传统水凝胶拥有更优秀的拉伸性能和弹性模量,甚至在自身出现划痕的情况下依然可以被拉伸至自身长度的十几倍,这恰好弥补了以往水凝胶机械性能差的短板[12]。因此,这种双网络水凝胶有望在生物医学、环境保护等各个领域得到广泛的应用,而且由于其廉价的原料来源致使它的成本还很低,对其进行深入的研究与探讨具有深刻的价值和意义。

但是,这种新型材料在投入临床使用之前,还需要对其力学性能及其稳定性以及自修复性和它在不同ph环境下溶胀率的变化进行测试以及表征,以便于它的进一步安全推广使用[13]

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2. 研究的基本内容与方案

2.研究的基本内容、目标和技术方案

2.1基本内容

材料制备:采用两步法制备聚丙烯酰胺-锂藻土/海藻酸钠-金属离子双网络水凝胶,其中以聚丙烯酰胺-锂藻土网络作为第一网络,离子交联的海藻酸钠–金属离子网络作为第二网络。

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3. 研究计划与安排

3.进度安排

第1-3周:查阅相关文献资料,完成英文翻译。明确研究内容,了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案,并完成开题报告。

第4-9周:按照设计方案,制备双网络水凝胶,通过改变原料的配比制备不同的水凝胶样品。

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4. 参考文献(12篇以上)


参考文献:

  1. gong j p, katsuyama y, kurokawa t, et al. double‐network hydrogels with extremely high mechanical strength[j]. advanced materials, 2003, 15(14): 1155-1158.

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