聚吡咯导电水凝胶的制备及其生物医学应用研究
发布时间：2021-05-31 16:38
导电复合水凝胶由于兼具水凝胶独特的物理化学性质和本征导电高分子的电学性质,是生物医用材料领域的研究热点之一,有广泛应用于组织工程材料、人造皮肤、生物电子、可穿戴传感器等的潜能。通常是将导电相如金属纳米粒子、离子液体、碳纳米管、石墨烯和导电高分子等材料引入水凝胶三维网络中,制备导电水凝胶材料。但是,像石墨烯和碳纳米管（CNTs）这种导电成分由于其自聚合、难分散、形貌不可控等固有缺点,严重限制了导电复合水凝胶的进一步发展。近年来,导电高分子（CPs）材料如聚苯胺（PANI）、聚吡咯（PPy）等,以其独特的性质如价格便宜、易加工性、电学性质稳定、刺激响应性和良好的生物相容性等,成为导电相的热门候选材料。其中,以聚吡咯在生物医用材料领域研究最为热门。但是,聚吡咯是刚性疏水聚合物链,在水中易扭曲团聚,需对其进行改性后引入水凝胶体系内,否则会影响导电复合水凝胶的理化性质。因此,制备满足生物医用材料性能要求的导电高分子水凝胶CPHs材料,是开拓其在生物医学领域应用的关键。本研究首先采用经多巴胺改性制备的聚吡咯纳米纤维材料与甲基丙烯酸酐化明胶共混制备纳米复合聚吡咯导电水凝胶（NPCHs）,并通过体外细...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
导电高分子的化学结构
图 1-2（a）PtNP/PAni 水凝胶的三维结构，（b）葡萄糖传感器的反应机理示意图[56]Figure 1-2 (a) Schematic representation of the 3D heterostructure of the PtNP/PAni hydrogel,in which the PAni hydrogel acts as a matrix for the immobilization of the GOx enzyme andhomogeneous loading of PtNPs and (b) a 2D scheme showing the reaction mechanism of theglucose sensor based on the PtNP/PAni hydrogel heterostructure[56].备聚苯胺水凝胶，其中植酸为交联剂，以过硫酸铵为引发剂，混合预聚物溶液的颜色逐渐变成墨绿色，3 min 左右成凝胶状，如图 1-2 所示[56]。植酸，学名肌醇六磷酸，含大量亲水性磷酸根基团，可以与多个带有大量正电荷聚苯胺链相互作用，在静电相互作用下，形成三维网络结构的聚苯胺。由于肌醇六磷酸的强亲水性，可以使聚苯胺网络结合水分子的能力变强，所以是具备稳定保水性的水凝胶。所制备的水凝胶结合了柔性材料和有机导体的优势，是用于生物传感器电极材料的理想选择。特征性质主要体现在：三维多孔结构有利于物质传输与渗透；水凝胶优异的生物相容性有利于生物分子的固定和
与聚苯胺结构类似，聚吡咯易与质子酸或带负电小分子结合形成复合物水凝胶。聚吡咯作为导电高分子热门研究材料，已有大量研究表明，聚吡咯具备优异的生物相容性，掺杂/去掺杂电学性质可调、稳定性和可加工性等。宁教授课题组采用单宁酸（TA）作为交联剂和掺杂剂；Fe3+作为氧化剂和离子交联剂，制备聚吡咯单组分水凝胶，由于单宁酸与聚吡咯间超强的超分子作用，其成胶速度快，具备较好的水稳定性[58]。该水凝胶的制备方法简单，易于操作。该水凝胶由于大量儿茶酚基团的存在，具备较好的组织粘附性。并且其与天然脊髓相匹配的柔软性和优异的电学性能，使其能很好的应用脊髓组织体内修复。通过体内动物实验表明，该电活性水凝胶以“神经桥”的形式植入，连接受损的脊髓组织，可以引导神经干细胞向神经元细胞分化并抑制胶质细胞的形成，促进神经组织修复重建。制备的导电聚合物水凝胶兼具类水凝胶的生物相容性和导电聚合物的电化学性质，在生物医学领域具备广阔的应用前景。
本文编号：3208588
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
导电高分子的化学结构
图 1-2（a）PtNP/PAni 水凝胶的三维结构，（b）葡萄糖传感器的反应机理示意图[56]Figure 1-2 (a) Schematic representation of the 3D heterostructure of the PtNP/PAni hydrogel,in which the PAni hydrogel acts as a matrix for the immobilization of the GOx enzyme andhomogeneous loading of PtNPs and (b) a 2D scheme showing the reaction mechanism of theglucose sensor based on the PtNP/PAni hydrogel heterostructure[56].备聚苯胺水凝胶，其中植酸为交联剂，以过硫酸铵为引发剂，混合预聚物溶液的颜色逐渐变成墨绿色，3 min 左右成凝胶状，如图 1-2 所示[56]。植酸，学名肌醇六磷酸，含大量亲水性磷酸根基团，可以与多个带有大量正电荷聚苯胺链相互作用，在静电相互作用下，形成三维网络结构的聚苯胺。由于肌醇六磷酸的强亲水性，可以使聚苯胺网络结合水分子的能力变强，所以是具备稳定保水性的水凝胶。所制备的水凝胶结合了柔性材料和有机导体的优势，是用于生物传感器电极材料的理想选择。特征性质主要体现在：三维多孔结构有利于物质传输与渗透；水凝胶优异的生物相容性有利于生物分子的固定和
与聚苯胺结构类似，聚吡咯易与质子酸或带负电小分子结合形成复合物水凝胶。聚吡咯作为导电高分子热门研究材料，已有大量研究表明，聚吡咯具备优异的生物相容性，掺杂/去掺杂电学性质可调、稳定性和可加工性等。宁教授课题组采用单宁酸（TA）作为交联剂和掺杂剂；Fe3+作为氧化剂和离子交联剂，制备聚吡咯单组分水凝胶，由于单宁酸与聚吡咯间超强的超分子作用，其成胶速度快，具备较好的水稳定性[58]。该水凝胶的制备方法简单，易于操作。该水凝胶由于大量儿茶酚基团的存在，具备较好的组织粘附性。并且其与天然脊髓相匹配的柔软性和优异的电学性能，使其能很好的应用脊髓组织体内修复。通过体内动物实验表明，该电活性水凝胶以“神经桥”的形式植入，连接受损的脊髓组织，可以引导神经干细胞向神经元细胞分化并抑制胶质细胞的形成，促进神经组织修复重建。制备的导电聚合物水凝胶兼具类水凝胶的生物相容性和导电聚合物的电化学性质，在生物医学领域具备广阔的应用前景。
本文编号：3208588
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