水凝膠

水凝膠材料的高含水量有利于在生物醫(yī)學(xué)環(huán)境中的應(yīng)用，但也阻礙了水凝膠在現(xiàn)實(shí)生活中作為柔性電子和傳感器的應(yīng)用。這是因?yàn)樗z在零度以下凍結(jié)后會失去其優(yōu)良的性能，包括導(dǎo)電性、透明度、柔韌性等。為了確保基于水凝膠的裝置在零度以下的穩(wěn)定運(yùn)行，迫切需要穩(wěn)健的防凍功能水凝膠策略。 近日，中科院寧波材料所陳濤、張佳瑋和深圳大學(xué)周學(xué)昌等詳細(xì)綜述了近年來防凍水凝膠的研究進(jìn)展。首先介紹了防凍水凝膠的制備方法，并簡要討論了它們的防凍機(jī)理和性能。這些方法主要基于添加鹽、醇(冷凍保護(hù)劑、有機(jī)水凝膠)、離子液體(離子凝膠)、…

大自然的神奇杰作值得科學(xué)家們用一輩子的時(shí)間來研究，這些神工鬼斧一般的精巧結(jié)構(gòu)，往往是我們的靈感來源。木材是我們生活中最普通，最常見的材料之一，令人意外的是，這種材料竟然也能用來制作傳感器。 最近，浙江農(nóng)林大學(xué)孫慶豐與沈曉萍等人的研究發(fā)現(xiàn)，在水凝膠的合成中，利用脫木素后木材天然的纖維素排列結(jié)構(gòu)，往往能起到增強(qiáng)力學(xué)性能的效果，并且這種木質(zhì)基水凝膠還擁有木材的各向異性。再通過引入離子導(dǎo)電聚電解質(zhì)，對于柔性電容式傳感器（CPS）而言，這種復(fù)合材料便能夠同時(shí)充當(dāng)其隔膜和聚電解質(zhì)，在人機(jī)界面等方面有很大的應(yīng)…

3D血管復(fù)制品可以用作訓(xùn)練平臺，以真實(shí)模擬血管內(nèi)介入，是心腦血管疾病的首選治療方法。彈性體和水凝膠的互補(bǔ)優(yōu)勢的多層3D血管復(fù)制品具有優(yōu)異的性能，但是存在制備等難題，即難以僅在由彈性體單層組成的曲折3D血管復(fù)制品的內(nèi)表面上均勻地涂覆薄的水凝膠層。 最近，韓國浦項(xiàng)科技大學(xué)機(jī)械工程系Joonwon?Kim教授提出了一種有效的策略，通過僅在彈性體單層的內(nèi)表面涂覆具有堅(jiān)固界面的水凝膠聚合物，來設(shè)計(jì)和生產(chǎn)由彈性體（聚二甲基硅氧烷）-水凝膠（丙烯酰胺）多層構(gòu)成的高保真3D血管復(fù)制品。薄的水凝膠層可賦予柔軟的表…

盡管生物組織在本質(zhì)上屬于水凝膠材料，其中往往充滿了體液，但在需要時(shí)，生物組織可以提高其自身的機(jī)械強(qiáng)度。例如，血液充血后肌肉變得更強(qiáng)。骨骼肌的收縮可以通過增加血流量來激活其相關(guān)的肌肉。因此，充血能導(dǎo)致肌肉硬度大大增加。這些系統(tǒng)溶脹增強(qiáng)性質(zhì)的核心是組織中存在許多生物膜屏障，它們可以調(diào)節(jié)水分子和離子的跨膜運(yùn)輸。相比之下，人工合成的材料由于網(wǎng)絡(luò)的稀釋而呈現(xiàn)出典型的溶脹-弱化現(xiàn)象，溶脹后機(jī)械強(qiáng)度始終會急劇下降，并極大地限制了其應(yīng)用，例如作為生物膠水或人工組織這類需要一定機(jī)械強(qiáng)度的場合。盡管研究表明，一些經(jīng)…

關(guān)節(jié)軟骨是關(guān)節(jié)中的彈性結(jié)締組織。軟骨損傷是非常普遍的，但是由于其低細(xì)胞性和無血管性質(zhì)，軟骨具有有限的自我修復(fù)能力。由于軟骨的損傷導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)功能障礙，導(dǎo)致關(guān)節(jié)炎的關(guān)節(jié)嚴(yán)重疼痛和殘疾，因此軟骨或關(guān)節(jié)重建仍然是相當(dāng)大的挑戰(zhàn)。在臨床實(shí)踐中關(guān)節(jié)炎關(guān)節(jié)由全關(guān)節(jié)成形術(shù)使用金屬和合成的假體?，F(xiàn)有的關(guān)節(jié)假體不會與宿主關(guān)節(jié)組織重塑，并且可能因無菌性松動(dòng)或感染而導(dǎo)致長期衰竭，只能通過關(guān)節(jié)的生物再生來解決。 使用間充質(zhì)干細(xì)胞（MSC）移植，然后刺激定向分化為軟骨細(xì)胞正在成為軟骨修復(fù)的首選。近日，南京醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院…

新型先進(jìn)的水凝膠可為多種貨物的受控遞送和釋放提供多種平臺，并具有多種生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用。這些基于凝膠的納米結(jié)構(gòu)具有良好的生物相容性，生物降解性，柔韌性，多功能性，可以響應(yīng)內(nèi)部或外部刺激，并可以適應(yīng)其周圍環(huán)境。新一代的水凝膠不僅能夠用作靶向藥物輸送工具，而且還可以在活細(xì)胞和生物體內(nèi)執(zhí)行多種任務(wù)。近日，哈佛醫(yī)學(xué)院研究人員在《Adv. Funct. Mater》上發(fā)表了題為“PotentialApplications of Advanced Nano/Hydrogels in Biomedicine: St…

從臨床和社會經(jīng)濟(jì)的角度來看，骨缺損的治療是一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)。自體或異體骨的局限性刺激了許多不同骨替代物的發(fā)展。骨折的愈合是一個(gè)復(fù)雜的生理過程，依賴于涉及成骨干細(xì)胞，細(xì)胞因子和基質(zhì)相互作用的協(xié)同，并且該過程通常被細(xì)菌毒素和炎性反應(yīng)破壞。此外，缺陷修復(fù)過程中活性氧（ROS）的水平升高可導(dǎo)致氧化應(yīng)激和細(xì)胞損傷，從而抑制間充質(zhì)細(xì)胞成骨分化，同時(shí)促進(jìn)脂肪形成。因此理想的材料應(yīng)具有促進(jìn)骨缺損愈合的合適性能，例如生物相容性，骨傳導(dǎo)性，骨誘導(dǎo)性，機(jī)械完整性，易用性和可承重性，以及抗菌抗氧化能力。 近日，加利福尼亞大…

肌肉、軟骨和肌腱等軟支撐組織表現(xiàn)出高彈性、高韌性和回復(fù)速度快的機(jī)械性能。然而，很難合成同時(shí)具有這些機(jī)械性能的生物材料。這主要是由于具有高強(qiáng)度和高韌性的水凝膠要求交聯(lián)劑的解離速度慢和應(yīng)力下活性勢磊高，而水凝膠的快速回復(fù)性能則要求交聯(lián)劑是動(dòng)態(tài)的，且解離和締合速率快。這種矛盾使得很難合成同時(shí)具有高強(qiáng)度、高韌性和快速回復(fù)的水凝膠。 南京大學(xué)的曹毅和王煒，浙江大學(xué)的陳彬（共同通訊作者）等人一方面利用金屬配合物具有快速的結(jié)合和解離速率，另一方面利用串聯(lián)結(jié)合位點(diǎn)，形成協(xié)同作用，提高金屬配合物的穩(wěn)定性，獲得具有…

材料的水下粘附問題近年來越來越受到人們的關(guān)注。然而，目前的水下粘附材料主要是為在水中附著非生物材料而設(shè)計(jì)的，在水環(huán)境中如何特異性地附著在生物表面仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。櫛水母能夠選擇性地捕獲它們的水下獵物，但不粘附如沙子的非生物材料，受此啟發(fā)，北京大學(xué)工學(xué)院黃建永研究員設(shè)計(jì)了一種水凝膠，通過靜電相互作用和動(dòng)態(tài)鄰苯二酚化學(xué)的協(xié)同作用，使其在水下對生物表面具有特定的黏附性。在水凝膠中精心設(shè)計(jì)的多重相互作用，有效地保護(hù)了高含量的鄰苯二酚基團(tuán)不被氧化，促進(jìn)了凝膠化，并保持了良好的粘附性。與現(xiàn)有的水下黏合劑對非生…

1.背景介紹 熒光聚合物水凝膠（FPHs）是一種具有可調(diào)發(fā)光特性的三維交聯(lián)親水性聚合物網(wǎng)絡(luò)，是一種新興的發(fā)光材料，F(xiàn)PHs以高度水溶脹的準(zhǔn)固態(tài)存在，因此呈現(xiàn)出許多有前途的固體和溶液性質(zhì)，顯示出它們在眾多應(yīng)用中的巨大潛力，其交聯(lián)的三維親水網(wǎng)絡(luò)可顯著促進(jìn)物質(zhì)與周圍水環(huán)境的交換，從而產(chǎn)生顯著的熒光響應(yīng)，特別適用于發(fā)光傳感、顯示、信息加密等領(lǐng)域。FPHs的軟和濕特性通常會使與細(xì)胞的非特異性相互作用最小化，突出其潛在的生物相關(guān)應(yīng)用，如生物成像和診斷。如果交聯(lián)聚合物網(wǎng)絡(luò)具有功能基團(tuán)，能夠?qū)崿F(xiàn)刺激響應(yīng)的體積、…