仿贻贝的纳米电磁复合体及其复合水凝胶的制备与性能研究pptx.pptx

仿贻贝的纳米电磁复合体及其复合水凝胶的制备与性能研究水凝胶是水溶性高分子或亲水性高分子通过物理和化学交联而形成的三维网络聚合体,由于其有生物组织相似的结构,在组织工程领域广泛的使用。但是传统水凝胶存在着力学性能不足,功能单一等缺点。
将不同纳米材料进行复合,往往能够赋予水凝胶新的结构或者功能,从而解决生物医学领域所面临的一些复杂问题。本论文围绕电磁纳米材料及其纳米复合水凝胶开展以下工作:1、作为一种纳米材料,Fe₃O₄纳米颗粒可以作为纳米增强相,用于制备Fe₃O₄纳米颗粒复合水凝胶。
然而Fe₃O₄纳米颗粒容易在水凝胶体系中团聚,会降低纳米增强的效果,导致水凝胶的力学性能不足。并且传统的Fe₃O₄纳米颗粒复合水凝胶都是不具有粘附性的。
这些不足都限制Fe₃O₄纳米复合水凝胶的使用范围。在本研究中,在共沉淀法制备四氧化铁（Fe₃O₄）纳米颗粒过程中引入具有良好粘附性及化学活性的聚多巴胺（PDA）,制备了PDA-Fe₃O₄纳米颗粒。
在该过程中PDA一方面可以调控合成的Fe₃O₄纳米颗粒的粒径大小和形貌;另一方面能在Fe₃O₄纳米颗粒的表面引入具有高活性的酚羟基功能团,从而改善Fe₃O₄纳米颗粒的分散稳定性。然后将PDA-Fe₃O₄纳米颗粒作为纳米增强相复合聚丙烯酰胺（PAM）水凝胶网络中,制得了PDA-Fe₃O₄纳米增强复合水凝胶。
力学测试结果显示PDA-Fe₃O₄纳米颗粒复合水凝胶复合水凝胶的拉伸强度达到0.1MPa,断裂能达到4900J/m²,压缩强度达到1.1Mpa。良好的力学性能由于PDA中酚羟基和聚丙烯酰胺分子链上氨基的氢键作用能改善水凝胶的韧性和回复性。
此外,PDA的酚羟基还可以赋予水凝胶优异的组织粘附特性和细胞亲和性。从而拓宽Fe₃O₄纳米复合水凝胶在组织工程领域的应用。
2、纳米电磁复合材料兼具磁性和导电性两种性质,在新型复合材料的研究中占有重要的地位。传统方法制备纳米电磁复合材料时需要的反应条件苛刻,容易对纳米颗粒本身性质造成破坏。
本研究基于聚多巴胺（PDA）的酚羟基可以通过共价或非共价键在温和条件下与几乎所有类型的物质发生相互作用的优点。通过PDA酚羟基的作用,在CNT的表面原位生成Fe₃O₄纳米颗粒,制得了同时具有磁响应性和高电导率的PDA-Fe₃O₄-CNT纳米电磁复合体。
纳米电磁复合体SEM和TEM分析证明在PDA酚羟基的作用是形成纳米电磁复合体的必要条件。XRD分析证明PDA酚羟基的作用不会破坏CNT结构和Fe₃O₄纳米颗粒的结晶性。
另外永磁材料测试系统分析也证明了该方法生成的纳米电磁复合体仍然具有高的顺磁特性。这种PDA调控制备纳米电磁复合体的方法条件温和、对设备要求低、产量大、具有普适性、且CNT和Fe₃O₄纳米颗粒的本身性质保持良好。
本研究仿贻贝纳米材料的合成方法为纳米复合体材料的制备提供了一个新思路。3、在人体内,肌肉等软组织材料内部都是存在高度有序排列的结构,使得组织表现出各向异性的性质,来适应外界环境的变化。
各向异性水凝胶具有与生物组织相似的取向结构,能在组织工程中发挥重要作用。为制备各向异性水凝胶,在本研究中,基于PDA-Fe₃O₄-CNT纳米电磁复合体优异的磁响应特性,利用定向磁场使得纳米电磁复合体完成取向,并通过自由基聚合将其固定在聚丙烯酰胺水凝胶网络中,制得了力学性能和导电性能各向异性的纳米电磁复合体水凝胶。
通过EDS线扫和面扫,激光共聚焦扫描显微镜透射分析,红外激光衍射等分析方法证明在定向磁场作用下,PDA-Fe₃O₄-CNT纳米电磁复合体在聚丙烯酰胺水凝胶网络中定向排列。并且纳米电磁复合体可作为纳米增强相进而提高水凝胶的力学性能。
此外,由于PDA中酚羟基官能团的细胞亲和性,各