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西南交通大學魯雄教授團隊在仿貽貝導電磁流體基水凝膠取得突破
2019-11-09  來源:高分子科技

  近期,西南交通大學魯雄教授課題組在仿貽貝自粘附水凝膠方向取得最新進展,相關研究成果以“An anisotropic hydrogel based on mussel-inspired conductive ferrofluid composed of electromagnetic nanohybrids”為題在線發表于國際著名期刊《Nano Letters》。論文第一作者為劉柯志韓璐博士,通訊作者為魯雄教授。該研究得到了國家重點研發計劃,國家自然科學基金等項目支持。

  具有多級結構各向異性的水凝膠材料具有模擬神經元、肌肉等各項異性生物組織的潛能,有望作為生理信號轉導或細胞生長行為調控的平臺。然而,通常大多數合成的水凝膠表現出各向同性的結構和功能。開發具有定向納米結構的各向異性水凝膠以實現各向異性功能在生物醫學工程領域具有重要的意義。

  目前,研究人員已經開發了多種方法來制備具有各向異性水凝膠,例如磁場誘導、電場誘導和定向冷凍干燥技術等。其中,利用磁場作用在水凝膠基質中形成定向納米結構是最為常用的方法。因為磁場可以以非破壞性和非接觸的方式施加,并且對樣品的尺寸和形狀沒有任何限制。所以通過施加磁場使具有磁性組分的復合材料定向排列是生成各向異性水凝膠的一種可行的方案。具有高長徑比的 CNT 是一維納米材料,因此顯示出制備具有各向異性機械性能、電學性能的納米復合水凝膠的巨大潛力。然而,CNT 的磁化強度弱,需要超強磁通來控制 CNT 的取向。用 CNT 負載磁性 Fe3O4納米顆粒可用于制備能夠通過磁場定向排列的Fe3O4-CNT 復合材料。但是現有的制備 Fe3O4-CNT 納米復合材料的方法通常涉及繁瑣的工藝,并且需要苛刻的反應條件,可能會影響CNT本身的性質。

  針對以上問題,魯雄教授課題組基于仿貽貝化學,在溫和條件下采用聚多巴胺介導原位形成碳納米管-四氧化三鐵納米磁電復合體,并采用聚多巴胺溶液作為分散介質來穩定納米雜化物以形成導電磁流體。該磁流體能夠在外加定向磁場作用下定向排列,并通過原位自由基單體聚合和交聯固定在高分子網絡中,形成具有各項異性結構的水凝膠。同時,由于PDA的引入,該水凝膠具有良好的細胞親和性與組織粘附性,因此結合水凝膠的導電性和網絡內部定向排列的導電通路,在電刺激作用下,該水凝膠能夠調控成肌細胞取向生長。綜上所述,各向異性復合水凝膠具有各向異性的導電性和機械性能,以及組織粘附性和細胞親和性,將在人造肌肉組織等領域具有潛在的應用前景。

  論文鏈接:https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.9b00363

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