刺激响应型智能水凝胶的设计与合成

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智能水凝胶具有在外部刺激下可改变其体积、凝胶状态或其他性质的能力,在药物递送、传感和组织工程中具有广泛的应用。基于动态建构化学,本论文采用动态可逆共价键和非共价键构建了两种智能水凝胶,并探索其在生物医学领域的应用。具体内容包括以下两部分:(1)构建了一种近红外光引发自愈合纳米复合水凝胶,并探索其作为药物载体材料的潜在应用。通过简单的冷冻/解冻方法制备基于聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol,PVA)和二硫化钼纳米片(MoS2)的智能自愈合PVA-MoS2复合水凝胶(简称PM水凝胶)。利用MoS2纳米片优异的光热转换性能,PM水凝胶经近红外(NIR)光照射3 min,温度可快速升至46.6℃,引发聚乙烯醇链的移动与断裂界面处氢键的重组,实现快速自愈合的目的,其愈合效率高达91.8%。此外,还系统研究了PVA含量、ce-MoS2纳米片含量和光照射时间对愈合性能的重要影响,结果表明:在PVA含量为25 wt%、MoS2为0.05 wt%、光照时间为3 min时,PM水凝胶愈合效果最好。当断裂表面分离24 h后,PM水凝胶愈合效率高达60.6%,表现出良好的抗界面分离修复性能。细胞毒性分析和药物释放实验表明,PM复合水凝胶具有良好的细胞相容性和长效药物释放能力,为复合水凝胶在生物医学领域的进一步应用奠定基础。(2)结合金属-配体配位和苯基硼酸与邻二醇的络合,构建了一种基于核苷酸(AMP)、硝酸银(AgNO3)、四臂-氨基-聚乙二醇(4-arm-PEG-NH2)的多重刺激响应性智能水凝胶。在凝胶形成过程中,硝酸银会部分还原成银纳米簇。基于银纳米簇的光学性质以及金属-配位键和硼酸酯键的动态可逆性,该水凝胶对光、pH、离子、力、葡萄糖和酶具有响应性,表现出凝胶-溶胶相的转变,同时伴随着荧光信号的变化。此外,还对其响应机理进行深入探究,结果表明:凝胶的形成与配位和络合的双重交联有关,纳米纤维网络结构和配体对银纳米簇具有稳定作用,能够阻止银纳米簇在溶液中发生聚集或被还原为银纳米颗粒,避免荧光猝灭。
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