多重刺激响应性超分子水凝胶的自组装制备及其性能研究

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近年来,智能响应型水凝胶受到了研究者的普遍关注,特别是刺激响应型水凝胶和自愈水凝胶。智能响应型水凝胶,很容易地对外界环境微小的刺激进行反应,通过这些刺激可以改变水凝胶分子内部或分子间的相互作用,而这种改变可能会发生凝胶结构甚至性质上的变化,这些性质使得水凝胶在伤口敷料、注射给药、生物传感器、组织工程支架、靶向药物的控制释放等方面具有很大的潜能。而诱导水凝胶发生相转变的分子间相互作用力主要为氢键、范德华力、离子强度和疏水作用,通过对水凝胶分子的结构和性质进行设计,可以赋予水凝胶易于组装、可调节、刺激响应和自愈合等特性。由于水凝胶材料类似于生命组织,在人体内显示出优异的生物相容性和生物降解性,同时也因为水凝胶材料具备了三维空间的网状结构,能够锁住大量的水发生溶胀,但是又不会破坏其结构而发生溶解。本文通过分子设计,制备了能够自组装形成具有多重刺激响应性的水凝胶,并进一步探究了其性能。取得的研究成果如下:1、利用核黄素磷酸钠(RP)和2,6-二氨基嘌呤(DAP)自组装制备出TPS双组分超分子水凝胶。RP和DAP之间存在互补位点,能够通过氢键连接形成凝胶。该研究结合理论化学计算,通过RP和DAP的几何结构和性质设计可能的连接情况,并利用高斯软件进行结构优化,计算出不同摩尔比下的RP和DAP的氢键结合能,并利用计算结果来指导实验,从而提高实验的可靠性并了解其分子间作用机理。然后使用扫描电镜(SEM),红外光谱(FTIR),紫外-可见光谱(UV-Vis),荧光光谱(FL)和X射线衍射能谱(XRD)等分析手段对制备的双组分水凝胶进行结构和性能表征,并进行了详细的讨论。此外,制备出的TPS双组分超分子水凝胶具有温度和p H的双重响应性、热可逆性、触变性和良好的光致发光性能。2、利用乳清酸(OA)改性的壳聚糖(CS)和2,6-二氨基嘌呤(DAP)成功制备出OACS-DAP超分子水凝胶。该部分研究我们通过OA上的羧基与CS上的氨基进行酰胺反应获得乳清酸改性壳聚糖(OACS),然后利用OA嘧啶骨架上的CO-NH-CO基团与DAP形成稳定的氢键结构,进而在室温下自组装形成水凝胶。然后通过扫描电镜(SEM),红外光谱(FTIR),核磁共振氢谱(~1H NMR)和X射线衍射能谱(XRD)对制备的超分子水凝胶进行结构和性能表征,并进行了详细的讨论。此外,制备出的OACS-DAP超分子水凝胶具有温度和p H的双重响应性、热可逆性、触变性、自愈性、可注射性以及导电性。本论文制备出的TPS双组分超分子水凝胶和OACS-DAP超分子水凝胶都是性能优异的智能响应型水凝胶,对超分子水凝胶在细胞成像、伤口愈合,药物注射、3D打印和传感器等方面的应用提供了研究思路。
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