貽貝仿生的強(qiáng)韌自愈合水凝膠的制備與性質(zhì)研究.pdf

1、基于動(dòng)態(tài)作用的，具有可調(diào)控的力學(xué)行為特性的水凝膠材料，因其具有快速的自主愈合以及自修復(fù)行為，目前已被廣泛應(yīng)用于組織工程和生物工程。因此，近年來(lái)，相關(guān)研究日趨成為研究熱點(diǎn)。然而，通常情況下，水凝膠的機(jī)械行為和流變行為等力學(xué)性能同自愈合性能之間存在沖突，往往使得研究者在兩者之間只能選擇其一。因此，開(kāi)發(fā)具有自愈合特性且力學(xué)行為良好的水凝膠材料成為目前這一研究領(lǐng)域最緊迫最前沿的突破點(diǎn)。
　　水生生物貽貝，依靠其體內(nèi)含有的多巴胺（Dopa）

2、來(lái)提供在多種表面上強(qiáng)大的附著能力。在基于貽貝的多巴胺基仿生水凝膠當(dāng)中，由于多巴胺上的酚羥基和Fe3+離子之間存在著強(qiáng)的絡(luò)合作用，因而多巴胺基水凝膠具有優(yōu)異的自愈合能力。然而這類水凝膠由于力學(xué)性能較差而難以在實(shí)際中得到應(yīng)用。
　　為了制備強(qiáng)韌的自愈合水凝膠，我們向含有Dopa的水凝膠網(wǎng)絡(luò)中引入了不同的能量耗散機(jī)制，顯著的提高了其力學(xué)性能的同時(shí)也保持了Dopa自身的特性，從而實(shí)現(xiàn)了水凝膠的功能化。
　　首先，利用Dopa-Fe3

3、+絡(luò)合物與疏水締合作用相協(xié)同，制備了具有快速無(wú)痕自愈合特性且具有一定力學(xué)性能的水凝膠。這種水凝膠在破裂后10 min內(nèi)即可完全修復(fù)至初始狀態(tài)，且斷裂應(yīng)力和斷裂伸長(zhǎng)率分別為30 kPa和2000%。此外，Dopa-Fe3+絡(luò)合物的絡(luò)合計(jì)量數(shù)具有pH依賴性，疏水締合作用具有溫度依賴性，這些特點(diǎn)賦予該水凝膠具備pH和溫度的雙重響應(yīng)特性。同時(shí)，該水凝膠可以與金屬鋁表面形成氫鍵作用，使得水凝膠和鋁表面之間的粘結(jié)力可達(dá)70 N·m-1。
　　

4、其次，制備了多巴胺基的雜化雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠，以瓊脂為第一網(wǎng)絡(luò)，聚丙烯酰胺（PAAm）與 Dopa共聚物作為第二網(wǎng)絡(luò)。第一網(wǎng)絡(luò)以瓊脂網(wǎng)絡(luò)之間的氫鍵作為交聯(lián)點(diǎn)，第二網(wǎng)絡(luò)以 Dopa-Fe3+作為物理交聯(lián)點(diǎn)，以 N，N'－亞甲基雙丙烯酰胺作為化學(xué)交聯(lián)點(diǎn)。在應(yīng)力作用時(shí)，第一網(wǎng)絡(luò)首先破碎，將能量耗散，而第二網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的可逆交聯(lián)點(diǎn)會(huì)發(fā)生破壞-重組的過(guò)程，同時(shí)化學(xué)交聯(lián)點(diǎn)會(huì)對(duì)水凝膠的整體網(wǎng)絡(luò)起到一定的支撐作用。這樣既我們制備的Agar/PAAm-Dopa-Fe