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上海交大刘尽尧研究员团队《Nat. Commun.》:溶胀增强水凝胶
2020-09-11  来源:高分子科技

  近日,上海交通大学分子医学研究院刘尽尧研究员团队联合上海交通大学医学院附属第九人民医院眼科庞燕课题组在国际权威学术期刊Nature Communications发表题为“Swelling-strengthening hydrogels by embedding with deformable nanobarriers”的研究论文,为再生医学提供新型水凝胶材料。



  作为最类似于生物组织的高分子材料,水凝胶在生物医学领域有着不可替代的优势,但水凝胶溶胀致使力学性能大幅下降的问题,极大地限制了其在潮湿及体内环境中的实际应用。已有的策略均是通过严谨的结构设计或表面调控来抑制溶胀,间接地避免溶胀力学性能下降问题,直面溶胀、解决溶胀后力学性能下降问题的报道目前还没有。


  为解决该问题,刘尽尧研究员团队受肌肉充血增强机制启发,摒弃了提高水凝胶力学性能的传统方法,在单网络水凝胶中引入模仿生物膜的脂质体纳米屏障、构建成千上万的纳米“隔离岛”,并将形成第二网络的交联剂预先隔离在其中,仅仅利用溶胀触发脂质体膜发生跨膜运输、释放交联剂发生高效点击反应,使水凝胶从单网络转变成双网络,从而保持水凝胶的力学强度,开发出溶胀增强的水凝胶(图一)。


图一 引入模仿生物膜的脂质体纳米屏障构建溶胀增强水凝胶


  在该研究中,作者分别在体外和体内验证了水凝胶的溶胀增强行为。在体外,当溶胀度为25%时,水凝胶的压缩模量增加了15.6% ± 4.5,甚至当溶胀度继续增加到75%时,水凝胶也仍能保持其初始机械强度。而在体内,当溶胀度增加到50%时,水凝胶的压缩模量从16.2 ± 0.5 MPa增加到18.9 ± 0.9 MPa,随着溶胀度进一步增加到 85%,水凝胶的压缩模量也比未溶胀的模量高出1.09倍(图二)。作者认为,通过选择合适的双网络结构,可以实现水凝胶在完全溶胀状态下依然能保持甚至超过原有的力学强度。


图二 在大鼠体内验证溶胀增强水凝胶的力学性能


  该工作不仅直接解决了溶胀后水凝胶力学性能下降问题,也为在体内实现水凝胶各项性能的“自我调控”、进而发展长效、动态水凝胶材料提供了新思路。


  原文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-020-18308-9

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(责任编辑:xu)
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