端基修饰PAMAM的纳米复合水凝胶:刺激响应自修复、高拉伸强度和选择性超吸附性能

学术   科技   2024-09-20 10:35   山东  


刺激响应性材料可改变其物理和化学性质以响应外部刺激,包括温度、电场、磁场、pH值、光等。这些智能材料在药物/基因传递、微透镜、传感器和其它各种领域具有巨大的应用潜力。这些敏感材料的特性是在溶剂存在下,其溶解度或构的变化,这造成分子水平的转变被放大,进而使纳米结构和材料性质发生改变。些刺激源在扩大目标和反应范围方面发挥着关键作用,有助于新一代智能材料的发展。

值得指出的是,许多化学触发器在体内自然发生,这为在生物应用中使用响应性材料提供了很大的希望。大多数刺激响应性研究都是基于含有纳米结构的聚合物材料。近年来,刺激响应聚合物的发展引起了人们的广泛关注。制备多响应性聚合物的常用方法包括用不同单体进行共聚,其中每种单体对特定的刺激有响应。由于具有独特的机械性能,刺激响应性凝胶受到了相当大的关注,并成为实际应用的首选。由物理或化学交联构建的凝胶可根据施加的电场发生可控和可逆的形状变化。优化这些智能特质在形状记忆材料、生物技术中的人工器官、微流体、药物输送、芯片的实验室应用等领域具有应用前景。最常见的刺激响应性研究是基于温度、pH值、电场等的响应性,并已经在先进功能材料领域取得了很大进展。

自修复聚合物(SHPs)是可自行修复裂缝或断裂的“智能”材料。其中利用光触发材料内部的分子过程最重要的优点是:由于光可传播很远的距离,远程激活易于实现;由于光束(通常是激光)可以传递到选定的区域,空间控制激活是可能的;此外,光触发的过程可通过关闭或打开激发光来“按需”停止和恢复。

设计自愈水凝胶的有效方法涉及非共价键体系,其中聚合和交联是通过单体单元和侧链之间的分子间相互作用。这些相互作用包括氢键、金属配体配位键、离子相互作用或主客体相互作用。值得注意的是,环糊精(CD)作为宿主分子是通过主客体相互作用而建立超分子水凝胶体系。这是因为环糊精易于化学官能化,并某些客体分子或基团表现出特定的相互作用。刺激响应性自修复材料是一类能够在特定的外部刺激下自修复损伤或恢复其结构和功能特性的材料。近年来,这些材料由于在工程、材料科学和医学等各个领域的潜在应用而受到极大关注。基于PAMAM树枝状大分子的水凝胶是一种多功能材料,在生物医学、环境和材料科学领域具有广泛的应用。其可调特性、生物相容性和外部刺激响应性适用于各种用途。

印度Sree Narayana 学院的Kollady Bharathan Jeneena 和 Balachandran Vivek等提出了一种创新性方法,制备了基于端基修饰的PAMAM树枝状大分子水凝胶(PAMNG),该水凝胶具有光热响应性和自愈特性。该水凝胶的制备是通过与N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)的自由基聚合,将端基修饰的PAMAM的树枝状大分子与长链聚合物共价连接。所得凝胶的抗拉强度高,在106 pa范围内,并显示出NIR响应的自修复能力。自愈修复后,凝胶可以承受高达1000 Kpa的应力和150%的应变。此外,该水凝胶可用于选择性去除水中的染料,特别是对甲基橙有96%的吸附效率。

图. PAMAM衍生物修饰纳米颗粒及二氧化硅纳米粒子-NIPAM混合水凝胶的制备

文献来源:

Kollady Bharathan Jeneena* and Balachandran Vivek*. Peripherally Modified Poly(amido amine) Nanocomposite Hydrogel with Stimuli-Responsive Self-Healing, High Tensile Strength, and Selective Superadsorption Poperties. ChemistrySelect 2023, 8, e202303066.

晨源分子介绍
亚洲首家研发与生产树枝状聚合物的高新技术企业

海晨源分子新材料有限公司成立于2011年,是一家国家级高新技术企业。公司先后获批山东省工程技术研究中心、山东省品牌国际科技合作基地、山东省院士工作站、山东省知名品牌、山东省隐形冠军等技术创新平台及荣誉。创始人李武松博士毕业于北京大学,是中国树枝状聚合物产业化的创始人,先后获得山东省组织部颁发的山东省泰山产业领军人才,山东省人社厅颁发的山东省有突出贡献的中青年专家,山东青年五四奖章、山东省优秀科技工作者、2018年度威海市市长质量奖、威海市科学技术一等奖、威海市十大杰出青年、2020“大国之材”年度人物,荣获共青团中央和人社部颁发的第十一届中国青年创业奖等荣誉称号。


晨源分子目前拥有由多名名校毕业的博士、硕士组成的研发团队,与北京大学、清华大学和上海交通大学等国内外6所高校院所建立了产学研合作,拥有行业内唯一的院士工作站,并获得了政府数千万元的科技支持。


晨源分子建立了亚洲第一条也是唯一一条吨级高纯度树枝状聚酰胺胺生产线以及千吨级超支化聚酯的产业化生产线,实现了树枝状聚合物真正意义上的产业化,填补国内空白,打破了欧美技术垄断。目前,国内知名企业金发、聚隆、横店得邦等均使用晨源分子公司的产品。                

晨源分子公司目前产品共有包括树枝状聚酰胺胺、超支化聚酯、树枝状塑料润滑剂、树枝状改性胶黏剂在内的三大类十多个品种,第一类是高纯度实验级树枝状大分子,主要用于科研及生物医疗,成功销往清华、北大、复旦等100多所高校和医疗公司;第二类是工业级树枝状聚合物助剂产品,主要应用于塑料、胶黏剂、涂料、水处理等工业领域作高性能添加剂使用,销往包括诸多上市公司在内的200多家企业客户;第三类是树枝状改性的下游产品,包括树枝状改性3D打印材料、可降解材料、胶黏剂等,已与国内多家行业龙头企业形成战略合作。
目前,晨源分子主要专注于以树枝状聚合物为核心组分的各种助剂以及复合材料的研发与应用。

百余家高校科研机构及公司购买晨源分子的PAMAM

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