摘要:
两性离子水凝胶具有良好的生物相容性和防污性能，在生物医学领域展现出了巨大的应用潜力和广阔的发展前景和广阔的应用前景和广阔的发展前景和广阔的应用前景和广阔的发展前景和广阔的发展前景和广阔的市场前景和广阔的应用前景和广阔的发展前景。然而，纯两性离子水凝胶的单一网络结构导致其韧性和强度较低，限制了其在生物医学领域的应用。采用多巴胺氧化自由基聚合法制备了低交联剂含量、高单体浓度的高缠结度磺基甜菜碱甲基丙烯酸酯-多巴胺水凝胶（SBMA-DA-PE）。与常规两性离子水凝胶相比，SBMA-DA-PE水凝胶的拉伸断裂应力增加了5倍，压缩断裂应力增加了10倍。SBMA-DA-PE水凝胶具有良好的力学性能（最大压缩应力≥ 4.85MPa，最大压缩应变≥90%）。此外，SBMA-DA-PE水凝胶中邻苯二酚和邻醌之间的非共价相互作用以及分子间的强静电相互作用，使SBMA-DA-PE水凝胶具有良好的自修复能力和抗疲劳性能。SBMA-DA-PE水凝胶具有较低的溶胀性和良好的防污性能。此外，SBMA-DA-PE水凝胶坚韧的可印刷性和导电性为生物三维支架和电子器件的开发提供了新的可能性。总之，本研究为制备具有高机械强度和多功能性的两性离子水凝胶提供了新的思路。
机理：
本文提出了一种简便的自引发聚合方法制备高缠结的磺基甜菜碱甲基丙烯酸酯-多巴胺水凝胶。通过流变学分析、压缩和剪切实验对SBMADA-PE水凝胶的力学性能、自修复能力和粘接性能进行了系统的分析。SBMA-DA-PE水凝胶的机械性能由于水凝胶网络中的缠结点多于交联点而显著增强。此外，本研究揭示了SBMA-DA-PE水凝胶内的非共价相互作用和静电力有助于其抗疲劳性和自修复性能。此外，SBMA-DA-PE水凝胶还具有较低的溶胀性，盐响应性，可降解性和3D打印能力，这使得它们在药物递送系统，软机器人和组织工程领域的许多应用中具有前景。总之，本研究展示了一种简单有效的方法，通过自引发聚合制备高强度和低溶胀性的纯两性离子水凝胶，并具有优异的可渗透性，为功能性两性离子水凝胶的开发提供了新的选择。
图文简介
图1 ：高缠结水凝胶的制备和表征示意图。a）紫外光引发制备PSBMA水凝胶。B）SBMA-DA-PE水凝胶的自引发聚合。c）制造SBMA-DA-PE水凝胶的自引发聚合的示意图。d，e）RH-PSBMA、PSBMA和SBMA-DA-PE水凝胶的压缩应力-应变和拉伸应力-应变曲线。
图2：SBMA-DA-PE水凝胶的表征。a）纯SBMA水凝胶随SBMA单体浓度增加的光学照片。B）在SBMA 20%-DA-PE和SBMA 60%-DA-PE中随时间的粘度变化。粘度测试重复三次。c）在SBMA 20%-DA-PE和SBMA 60%-DA-PE中随时间的G '和G“变化。d）纯SBMA、SBMA-DA和SBMA-DA-PE水凝胶的FTIR光谱。e）纯SBMA、SBMA-DA和SBMA-DA-PE水凝胶浸入去离子水和1 × 10−3 m NaCl溶液前后的光学图像。f）纯SBMA、SBMA-DA和SBMA-DA-PE水凝胶的交联网络的示意图。
图3 ：纯SBMA、SBMA-DA和SBMA-DA-PE水凝胶的机械性能。a、B）纯SBMA、SBMA-DA和SBMA-DA-PE水凝胶的压缩应力-应变曲线和压缩应力。c、d）纯SBMA、SBMA-DA和SBMA-DAPE水凝胶的拉伸应力-应变曲线和拉伸应力。e）SBMA-DA-PE水凝胶在不同拉伸应变下的循环拉伸应力-应变曲线。f）PSBMA水凝胶在100个加载-卸载循环期间在α = 100%下的拉伸应力作为时间的函数。g-i）SBMA-DA-PE水凝胶在100个加载-卸载循环期间在α = 200%下的拉伸应力作为时间的函数。j）用45 mm预切拉伸SBMA-DA-PE水凝胶。k）SBMA-DA-PE水凝胶与先前报道的两性离子水凝胶如PSB-CB、[50] M-CB/SB、[51] M-P-S、[11] PSB、[28] PSBMA、[26] DTG之间的压缩和拉伸断裂应力的比较。[20]将压缩和拉伸测试重复三次。
图4 ：水凝胶的流变学和自修复特性。a）纯SBMA、SBMA-DA和SBMA-DA-PE水凝胶的应变振幅扫描测试。B，c）纯SBMA、SBMA-DA和SBMA-DA-PE水凝胶的频率测试。d）对DA含量为0%、7.5%和15%的SBMA-DA-PE水凝胶进行应变振幅扫描测试。e、f）对DA含量为0%、7.5%和15%的SBMA-DA-PE水凝胶进行频率测试。g）制备的SBMA-DA-PE水凝胶的愈合过程在60 s内，并承受拉伸。h）通过在1%和1500%应变下的动态应变幅循环测试来检查SBMA-DA-PE水凝胶的自修复特性。i）SBMA-DA-PE和SBMA-DA-PE水凝胶在愈合60秒后的拉伸应力-应变曲线。流变学测试重复三次。
图5：SBMA-DA-PE水凝胶的粘附性能。a）SBMA-DA-PE水凝胶在搭接剪切粘附评估期间的图像，并且可以举起2kg的重量。B、c）SBMA-DA-PE水凝胶在不同基底上的粘附强度曲线和粘附强度。d）SBMA-DA-PE水凝胶的粘附耐久性通过进行10次连续搭接剪切粘附试验来确定。e）SBMA-DA-PE水凝胶与包括橡胶、树脂印刷、PDMS、PTFE、导管、玻璃和木材的各种材料的粘合性能。f）SBMA-DA-PE水凝胶的粘附机制的示意图。g）在SBMA-DA-PE水凝胶与其他两性离子水凝胶（包括DTG、[20] M-CB/SB、[51]和ZEN）之间进行机械强度、粘附强度和自愈合能力的比较。[8]搭接剪切粘附力测试重复三次。
图6：SBMA-DA-PE水凝胶的盐响应性。a）SBMA-DA-PE水凝胶在去离子水、0.1 × 10−3 m NaCl和1 × 10−3 m NaCl溶液中溶胀前后的光学照片。B、C）SBMA-DA-PE水凝胶在去离子水、0.1 × 10 - 3 m NaCl和1 × 10 - 3 m NaCl溶液中的膨胀率和尺寸比。将溶胀测试重复三次。d，e）SBMA-DA-PE水凝胶盐溶过程的示意图。f）SBMA-DA-PE水凝胶在去离子水中的罗丹明B吸光度曲线。g，h）SBMA-DAPE水凝胶分别在去离子水、0.1 × 10−3 m和1 × 10−3 m NaCl溶液中罗丹明B的释放速率。放行检测重复三次。i，j）SBMA-DA-PE水凝胶在去离子水、0.1 × 10−3 m和1 × 10−3 mNaCl溶液中的摩擦系数曲线。k）SBMA-DA-PE水凝胶在去离子水、0.1 × 10−3 m和1 × 10−3 m NaCl溶液中的摩擦系数。
图7：SBMA-DA-PE水凝胶的吸水性能。a）SBMA-DA-PE水凝胶的凝胶化方案。B）SBMA-DA-PE水凝胶表面上的WCA和UWOCA。接触角测试重复三次。c）与润滑油接触后，油滴在2 s内自发地从SBMA-DA-PE表面分离。d，e）BSA在纯SBMA、SBMA-DA和SBMA-DA-PE水凝胶上的吸附。蛋白质吸附试验重复三次。f）使用荧光显微镜观察BSA在PDMS、纯-SBMA、SBMA-DA和SBMA-DA-PE水凝胶表面上的吸附。比例尺为100 μm。g）与NC组相比，用SBMA-DA-PE水凝胶指示后的抗菌粘附率。比例尺为4cm。h，i）纯SBMA、SBMA-DA和SBMA-DA-PE水凝胶的生物相容性评价。
图8：SBMA-DA-PE水凝胶的实际意义。a）用于3D打印的SBMA-DA-PE水凝胶的示意图。B）测试SBMA-DA-PE水凝胶前体溶液在60、90和120分钟的各种预交联时间下的粘度。d）打印各种3D结构。比例尺为10 mm。e，f）SBMA-DA-PE水凝胶涂层制备的方案以及裸玻璃基底和SBMA-DA-PE水凝胶涂层的润滑性的比较。g）SBMA-DA-PE水凝胶涂层和玻璃基底的摩擦系数曲线。h）光学图像证明SBMA-DA-PE水凝胶保持其导电性（在200%的应变下）。i，j）当暴露于不同的外部应力时，SBMA-DA-PE水凝胶传感器的电阻的相对变化。
结论
总之，我们已经开发了一种不依赖于光/热引发聚合的高缠结SBMA-DAPE。SBMADA-PE水凝胶增强的机械性能归因于其缠结数量超过交联，这导致与RH-PSBMA相比压缩断裂应力增加10倍，拉伸断裂应力增加5倍。通过将SBMA的浓度提高到60 wt%，并利用多巴胺作为聚合引发剂和动态交联剂，合成了具有共价交联和强静电相互作用的SBMADA-PE水凝胶。SBMA-DA-PE水凝胶具有优异的力学性能（压缩应力≥4.85 MPa，压缩应变≥90%）、耐疲劳性和自愈合能力（5 min内自愈合率为60%）。此外，SBMA-DA-PE水凝胶还具有良好的亲水性（蛋白质和细菌的抗粘附率分别为95%和98%）和润滑性（摩擦系数< 0.02）。此外，SBMA-DA-PE水凝胶具有良好的盐响应性、印刷性和导电性，在智能材料、软机器人和生物医学工程等领域具有广阔的应用前景。本研究提出了一种制备自粘性、自愈合、坚韧和功能性SBMA-DA-PE水凝胶的简单策略。在未来的研究中，SBMA-DA-PE水凝胶涂层的界面粘附机制和水下稳定性可以使用表面力装置和原子力显微镜进行研究。
制备：
水凝胶的制备：以DA为引发剂和交联剂，SBMA、PEGDA和DA为单体，通过一步聚合法合成了SBMA-DA-PE水凝胶。为了制备SBMA-DA-PE水凝胶前体，将SBMA（3g）、DA（0.45g）和PEGDA（SBMA的0.8wt%）加入到去离子水（1.5g）中，搅拌20分钟，然后经受真空20分钟。随后，将制备的前体溶液在密封的玻璃容器中温育8小时以形成SBMA-DA-PE水凝胶。将SBMA（3g）、BAM（SBMA的0.3wt%）和Irgacure 2959（SBMA的0.6wt%）溶解在去离子水（1.5g）中以制备PSBMA的前体溶液。接着，通过将PSBMA的前体溶液UV固化5分钟来制备PSBMA水凝胶。将SBMA（3g）、BAM（0.3wt%SBMA）和Irgacure 2959（0.6wt%SBMA）溶解在去离子水（6 g）中以制备RH-PSBMA的前体溶液。通过将RH-PSBMA的前体溶液UV固化5 min来制备RH-PSBMA水凝胶。
DOI: 10.1002/smll.202405789
注：文章内容仅代表小编观点，如有侵权请联系小编修改或删除！
