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西安交大張彥峰教授、成一龍教授團(tuán)隊(duì) Adv. Mater.：基于氫鍵互鎖雙連續(xù)相增強(qiáng)增韌聚氨酯水凝膠

2024-12-25 來(lái)源：高分子科技

構(gòu)建具有與體內(nèi)承重組織相似機(jī)械性能的水凝膠對(duì)實(shí)現(xiàn)受損組織修復(fù)具有積極的意義。然而，由于傳統(tǒng)合成水凝膠的成分簡(jiǎn)單、聚合物鏈之間的相互作用有限，其力學(xué)性能往往無(wú)法滿足體內(nèi)受損組織修復(fù)的需求。在水凝膠網(wǎng)絡(luò)中構(gòu)建具有不同尺度的均勻相分離結(jié)構(gòu)是制備具有優(yōu)異綜合力學(xué)性能水凝膠的有效方法，但仍存在制造步驟復(fù)雜、不同相之間界面連接弱等問(wèn)題。

圖1. PEG-PU/PEG-PCL水凝膠的制備示意圖

近日，西安交通大學(xué)張彥峰教授和成一龍教授團(tuán)隊(duì)受兩親性聚合物自組裝行為的啟發(fā)，提出了一種溶脹誘導(dǎo)親/疏水聚氨酯原位形成氫鍵互鎖雙連續(xù)相結(jié)構(gòu)以增強(qiáng)增韌水凝膠的新策略（圖1）。由于親水性和疏水性聚氨酯中都包含同一種氫鍵增強(qiáng)因子咪唑烷基脲（IU），分子間多重氫鍵的形成可以防止水相中疏水聚合物的不均勻聚集，從而增加兩相的相容性并誘導(dǎo)水凝膠內(nèi)形成均勻的雙連續(xù)相結(jié)構(gòu)，進(jìn)而賦予水凝膠材料優(yōu)異的綜合力學(xué)性能（拉伸強(qiáng)度12.9 MPa、斷裂能2435 J m^-2和韌性48.2 MJ m^-3，圖2）。研究人員通過(guò)SEM、XRD、SAXS和CLSM系統(tǒng)分析了水凝膠微相分離過(guò)程，并通過(guò)有限元模擬強(qiáng)調(diào)了均勻相分離對(duì)力學(xué)性能的影響（圖3）。體內(nèi)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該水凝膠具有與商用聚丙烯補(bǔ)片相當(dāng)?shù)臄嗔褢?yīng)力，不僅能承受腹壓以防止疝氣形成，還能防止組織/器官粘連，并通過(guò)調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)和血管生成加速腹壁缺損的修復(fù)（圖4）。以上研究成果為設(shè)計(jì)合成強(qiáng)韌高分子水凝膠提供了一種簡(jiǎn)便易行的新方法，也有可能為預(yù)防臨床疝氣形成提供新的選擇。

2024年12月23日，該工作以“Tough Polyurethane Hydrogels with a Multiple Hydrogen-Bond Interlocked Bicontinuous Phase Structure Prepared by In Situ Water-Induced Microphase Separation”為題發(fā)表在期刊《Advanced Materials》上（Adv Mater 2024, 2412083）。論文的第一作者為西安交通大學(xué)化學(xué)學(xué)院博士研究生王茹月，通訊作者為西安交通大學(xué)化學(xué)學(xué)院張彥峰教授和成一龍教授。研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、西安交通大學(xué)“青年拔尖人才支持計(jì)劃”、中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)等項(xiàng)目的資助，并得到了西安交通大學(xué)分析測(cè)試共享中心的大力支持。

圖2. PEG-PU/PCL-PU水凝膠的性能表征

圖3. PEG-PU/PCL-PU水凝膠的微相分離結(jié)構(gòu)表征

圖4. PEG-PU/PCL-PU_0.6水凝膠有效抑制器官/組織粘連和疝氣形成

原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202412083

成一龍教授主頁(yè)：https://gr.xjtu.edu.cn/en/web/yilongcheng

張彥峰教授主頁(yè)：https://gr.xjtu.edu.cn/en/web/yanfengzhang

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（責(zé)任編輯：xu）

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