| 新型海藻酸钠复合水凝胶的设计、制备及其应用 | |
| Alternative Title | 无 |
| 王婷婷 | |
| Thesis Advisor | 杨生荣,王金清 |
| 2021-11-26 | |
| Degree Grantor | 中国科学院大学 |
| Place of Conferral | 北京 |
| Degree Name | 工学博士 |
| Degree Discipline | 物理化学 |
| Keyword | 海藻酸钠,伤口敷料,传感器,MXene |
| Abstract | 作为一种天然高分子材料，海藻酸钠（SA）水凝胶已广泛用于伤口敷料、药物输送、电子皮肤、柔性传感等诸多领域，但其力学性能差、抗菌性差和缺乏导电性等缺点对其发展不利。因此，将抗菌材料、导电材料、纳米复合材料与SA复合或将其他高分子聚合物与其一起构建双网络水凝胶等策略，从而提升SA水凝胶的综合性能，为其在生物医学上的实际应用提供了研究方向。基于此，本论文从系列SA水凝胶复合材料的设计、制备及其应用展开了系统的研究，主要包括三个方面的工作：ZnO/SA双层水凝胶薄膜伤口敷料的制备及应用，负载纳米银/石墨烯复合物的SA水凝胶薄膜的制备及性能，SA导电水凝胶的设计和制备。具体研究内容和获得的主要结果总结如下： 1、为了提升SA材料的抗菌性能，同时改善SA材料的力学性能，将无机抗菌材料纳米ZnO添加到SA中，利用溶胶-凝胶法设计并开发了ZnO/SA双层水凝胶薄膜。在对制备的水凝胶薄膜的化学组成和多孔形貌表征的基础上，考察了水凝胶薄膜的透明度、溶胀率、力学性能等。此外，还开展了水凝胶薄膜的抗菌实验、生物相容性实验和体外伤口愈合实验。实验结果表明制备的水凝胶薄膜透明度好、溶胀率较高（可达344%）、杨氏模量较高（可达4.52MPa）但断裂伸长率仅为67.4%左右。水凝胶薄膜的亲水性和抗菌率随着ZnO含量的增大而增高，当ZnO含量为0.04%时，抗菌率最高（68.4%）。生物相容性实验表明水凝胶薄膜的生物相容性良好，动物伤口愈合实验表明水凝胶薄膜可以有效促进伤口的愈合。 2、为了进一步提升SA材料的抗菌性能，将纳米银颗粒负载于氧化石墨烯（GO）片上得到纳米复合物（AgG），然后将其作为纳米添加剂加入SA中，通过溶胶-凝胶法获得负载AgG的双层SA水凝胶薄膜（SAAgG）。在对SAAgG的组成结构和微观形貌表征的基础上，评价了其溶胀性、抗菌性、力学、体外细胞毒性和体内伤口愈合能力等性能。抑菌环实验结果表明水凝胶薄膜具有非常优异的抗菌性能，但生物相容性实验显示该薄膜有轻微毒性。体外伤口愈合实验结果显示该水凝胶能够加快SD大鼠人造伤口的愈合速度，组织切片显微照片显示愈合14天后伤口组织已恢复如初。与医用纱布相比，SAAgG可显著促进SD大鼠的伤口愈合能力，伤口愈合率高达98%。 3、为了提升SA材料的导电及自愈合性能，我们开展了SA导电水凝胶的设计和制备工作：（1）SA导电水凝胶用作柔性应变传感器。通过循环冷冻解冻法和离子交联法制备了由聚乙烯醇（PVA）、SA和 MXene（Ti3C2Tx）组成的具有双网络结构的导电水凝胶PVA/SA/MXene（PSM-h）。在对PSM-h的组成结构和微观形貌表征的基础上，评价了其力学、生物相容性和传感等性能。结果证实，PSM-h在显示出优异的细胞相容性的同时表现出了优异的机械性能，其断裂伸长率高达263%，在30%应变下能够循环拉伸1000次。基于PSM-h组装的应变传感器的传感测试表明其响应时间为62.5毫秒，在0.2%应变下也能得到响应信号，其传感灵敏度较高。在实际应用方面，基于PSM-h的应变传感器可用于检测和识别各种人体运动。（2）SA可自愈导电水凝胶的制备及其性能。用3-氨基苯硼酸（PBA）接枝SA得到SA-PBA，利用动态硼酯键将其与PVA、MXene交联得到SA-PBA/PVA/MXene可自愈水凝胶（SPPM-h）。利用傅里叶红外光谱衍射（FTIR）等技术对SPPM-h的组成结构进行了表征，并评价了其自愈性、流变性和导电性等性能。结果发现，所制备的SPPM-h具有一定的导电性（电导率约为0.036S m-1）和优异的可自愈性能，断裂后能在30s之内完成自愈合，并表现出任意曲面的适应性。 |
| Other Abstract | 无 |
| MOST Discipline Catalogue | 理学 |
| Document Type | 学位论文 |
| Identifier | http://ir.licp.cn/handle/362003/30054 |
| Collection | 固体润滑国家重点实验室（LSL） |
| Affiliation | 1.中国科学院兰州化学物理研究所; 2.中国科学院大学 |
| Recommended Citation GB/T 7714 | 王婷婷. 新型海藻酸钠复合水凝胶的设计、制备及其应用[D]. 北京. 中国科学院大学,2021. |
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