基于米氏醇的自愈合、多重刺激响应、变色水凝胶的设计、制备及性能研究

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智能水凝胶因其具有高水分含量,高弹性以及对pH和温度的刺激响应性,而被广泛用于药物输送器,伤口敷料,组织工程,隔离材料,传感器。智能水凝胶作为生物医用材料中不可或缺的一部分,是人们密切关注与研究的热点。自愈合性能对于提高水凝胶的可靠性和耐用性十分重要。目前研究较多的为具有可逆的非共价键的水凝胶,如氢键、静电相互作用、主体-客体相互作用、金属配位键。主要的研究方向在单重(pH,热,光)刺激响应水凝胶,或是双重刺激响应。随着科技的发展,人们对多重刺激响应水凝胶的需求日益迫切,集自愈合,高强度,优异的性能于一身的多重刺激响应水凝胶仍是个研究的难点和挑战。本文设计并制备了两种水凝胶:疏水缔合(HA)水凝胶和海藻酸钠/聚乙烯醇/羟基磷灰石(SA/PVA/HAp)水凝胶,利用Michler’shydrolblue(MHB)在紫外照射前后的结构变化,以及其溶解性的变化,采用简单高效的方法将其引入到两个体系的水凝胶中,并探究了其pH、温度和溶剂等刺激响应行为,实现了力学性能较强的水凝胶的自愈合以及多重刺激响应性,本论文的主要研究内容和取得的结果如下:1.合成了 HA水凝胶,并将MHB引入到了 HA水凝胶中,成功制备了 MH-HA水凝胶,该水凝胶具有多重刺激响应性,即对pH、光、醇溶剂显示出了敏感的刺激响应性。通过溶胀测试、再水化测试、DSC测试,展示了其具有优异的性能溶胀性能:其溶胀率可达2010%。通过拉伸测试结果表明:引入MHB对水凝胶基体的力学性能影响不大,拉伸强度仍高达0.9 MPa。MH-HA水凝胶还显示了优异了自愈合性能,可在室温下,没有任何外界刺激的条件下,完成自愈合,这保证了其使用稳定性和寿命。2.设计并合成了 SA/PVA/HAp水凝胶,并通过红外光谱分析证明了添加的HAp与SA形成了“蛋壳”结构。通过溶胀率测试确定了最佳冷冻-解冻次数为4次,通过TGA、DSC、拉伸测试和SEM表征结果表明:随着HAp含量的增加,水凝胶体系的交联网络密度增加,其各项性能也有所提升:其中,添加了 3%HAp的水凝胶的力学性能可达0.28MPa,在400℃的残留重量达到了 57%。然后,将米氏醇染料通过简单高效的方法引入到了 SA/PVA/HAp水凝胶体系中,并测试了其响应性。由此我们验证了将MHB引入的水凝胶体系的方法具有普遍性,且该方法简便、高效,为制备多响应水凝胶提供了一条新的思路。
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