纳米纤维素水凝胶相关制备
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2022-06-18 09:33:52
水凝胶系列产品，如明胶水凝胶、温水凝胶、多糖水凝胶、透明质酸水凝胶、葡聚糖水凝胶、共聚物水凝胶等，以及定制合成智能型、环境响应型、水凝胶载药型、生物水凝胶等。...
水凝胶系列有很多，如明胶水凝胶、温水凝胶、多糖水凝胶、透明质酸水凝胶、葡聚糖水凝胶、共聚物水凝胶等，以及定制合成智能型、环境响应型、水凝胶载药型、生物水凝胶等。以下介绍纳米纤维水凝胶：
纳米纤维素：因为纳米纤维素的尺寸、形貌和制备技术的不同，纳米纤维素主要分为纤维素纳米晶体（CNCs）和纤维素纳米纤维（CNFs）。
纳米纤维素具有优异的物理化学性能，如高拉伸强度和弹性模量（130～150GPa）、
高比表面积（可达数百m2／g）、低密度（低至1.6g／cm3）、可生物降解性和可再生性等优点，可被广泛应用于水凝胶、气凝胶、生物医药、光电材料、纳米复合材料等领域。
CNCs和CNFs基水凝胶的制备方法，以及纳米纤维素基水凝胶在药物输送的应用。
CNCs基水凝胶的制备方法：
由于长径比小、结构刚性强，CNCs本身缺乏缠结形成机械性能稳定的水凝胶的能力，因此更适合作为增强剂通过表面化学改性或者引入交联网络以获得机械性能稳定的CNCs水凝胶。
具体包括以下两种方法。
1、物理交联
是通过可逆的物理相互作用（非共价键）结合在一起。用冻融技术制备了CNCs／PVA（聚乙烯醇）复合水凝胶。研究发现，CNCs可以作为成核位点，有利于改善复合水凝胶力学性能和阻隔性能。研究了CNCs表面电荷和长径比对CNCs／PAM（聚丙烯酰胺）复合水凝胶增强能力的影响。结果表明：表面电荷浓度越高，分散性越好，越有利于应力有效的传递；CNCs的长径比越高，越有利于机械加固。
制备一种可注射的纳米复合水凝胶，首先采用物理混合的方式将CNCs与腙交联的聚（低聚乙二醇甲基丙烯酸酯）（POEGMA）共混得到前体聚合物溶液，然后通过双筒注射器共挤出反应性前体聚合物溶液而得到纳米复合水凝胶。
2、化学交联
CNCs通过化学交联引入聚合物水凝胶网络，制备的水凝胶机械性能更强。CNCs可自行交联，也可与网状聚合物基质相互交联。为达到交联目的，通过表面改性将特定官能团（硅基、羧基或醛基）引入CNCs表面。CNCs的表面改性可以通过直接化学改性或与分子的物理吸附作用来实现。
采用*基聚合的方法，将硅烷改性CNCs通过共价结合的方式引入到聚N，N-二甲基丙烯酰胺（PD-MA）水凝胶中，制备了一种CNCs-PDMA纳米复合水凝胶，研究发现合成的纳米复合水凝胶具有力学韧性和可拉伸性，具有比纯PDMA水凝胶更有效的能量耗散机制。
CNCs（表面醛基化）增强的POEGMA复合水凝胶，该复合水凝胶在结构上具有各向异性，其杨氏模量在正交方向上具有明显的变化，因此该复合水凝胶可作为定向组织工程的有效仿生支架。
开发基于醋酸纤维素（CAA）、羟丙基壳聚糖（HPCS）和氨基修饰的CNCs（CNC-NH2）的可注射多糖水凝胶。结果表明，CNC-NH2具有物理交联和化学交联的双重作用，其力学性能、内部形貌和胶凝时间取决于CNC-NH2的含量。另外，研究发现该水凝胶在生理条件下表现出pH响应特性，在酸性条件下表现出自愈行为，并且具有良好的生物相容性，因此其在实际生物医学应用中展现出巨大潜力。
文章关键词：
CNCs基水凝胶
CNCs／PVA（聚乙烯醇）复合水凝胶
CNCs／PAM（聚丙烯酰胺）复合水凝胶
纳米复合水凝胶
聚合物水凝胶
聚N，N-二甲基丙烯酰胺（PD-MA）水凝胶
CNCs-PDMA纳米复合水凝胶
PDMA水凝胶
CNCs（表面醛基化）POEGMA复合水凝胶
多糖水凝胶
CNCs（CNC-NH2）可注射多糖水凝胶
PD-MA水凝胶
CNCs／PVA复合水凝胶
CNCs／PAM复合水凝胶
纳米纤维素：因为纳米纤维素的尺寸、形貌和制备技术的不同，纳米纤维素主要分为纤维素纳米晶体（CNCs）和纤维素纳米纤维（CNFs）。
纳米纤维素具有优异的物理化学性能，如高拉伸强度和弹性模量（130～150GPa）、
高比表面积（可达数百m2／g）、低密度（低至1.6g／cm3）、可生物降解性和可再生性等优点，可被广泛应用于水凝胶、气凝胶、生物医药、光电材料、纳米复合材料等领域。
CNCs和CNFs基水凝胶的制备方法，以及纳米纤维素基水凝胶在药物输送的应用。
CNCs基水凝胶的制备方法：
由于长径比小、结构刚性强，CNCs本身缺乏缠结形成机械性能稳定的水凝胶的能力，因此更适合作为增强剂通过表面化学改性或者引入交联网络以获得机械性能稳定的CNCs水凝胶。
具体包括以下两种方法。
1、物理交联
是通过可逆的物理相互作用（非共价键）结合在一起。用冻融技术制备了CNCs／PVA（聚乙烯醇）复合水凝胶。研究发现，CNCs可以作为成核位点，有利于改善复合水凝胶力学性能和阻隔性能。研究了CNCs表面电荷和长径比对CNCs／PAM（聚丙烯酰胺）复合水凝胶增强能力的影响。结果表明：表面电荷浓度越高，分散性越好，越有利于应力有效的传递；CNCs的长径比越高，越有利于机械加固。
制备一种可注射的纳米复合水凝胶，首先采用物理混合的方式将CNCs与腙交联的聚（低聚乙二醇甲基丙烯酸酯）（POEGMA）共混得到前体聚合物溶液，然后通过双筒注射器共挤出反应性前体聚合物溶液而得到纳米复合水凝胶。
2、化学交联
CNCs通过化学交联引入聚合物水凝胶网络，制备的水凝胶机械性能更强。CNCs可自行交联，也可与网状聚合物基质相互交联。为达到交联目的，通过表面改性将特定官能团（硅基、羧基或醛基）引入CNCs表面。CNCs的表面改性可以通过直接化学改性或与分子的物理吸附作用来实现。
采用*基聚合的方法，将硅烷改性CNCs通过共价结合的方式引入到聚N，N-二甲基丙烯酰胺（PD-MA）水凝胶中，制备了一种CNCs-PDMA纳米复合水凝胶，研究发现合成的纳米复合水凝胶具有力学韧性和可拉伸性，具有比纯PDMA水凝胶更有效的能量耗散机制。
CNCs（表面醛基化）增强的POEGMA复合水凝胶，该复合水凝胶在结构上具有各向异性，其杨氏模量在正交方向上具有明显的变化，因此该复合水凝胶可作为定向组织工程的有效仿生支架。
开发基于醋酸纤维素（CAA）、羟丙基壳聚糖（HPCS）和氨基修饰的CNCs（CNC-NH2）的可注射多糖水凝胶。结果表明，CNC-NH2具有物理交联和化学交联的双重作用，其力学性能、内部形貌和胶凝时间取决于CNC-NH2的含量。另外，研究发现该水凝胶在生理条件下表现出pH响应特性，在酸性条件下表现出自愈行为，并且具有良好的生物相容性，因此其在实际生物医学应用中展现出巨大潜力。
文章关键词：
CNCs基水凝胶
CNCs／PVA（聚乙烯醇）复合水凝胶
CNCs／PAM（聚丙烯酰胺）复合水凝胶
纳米复合水凝胶
聚合物水凝胶
聚N，N-二甲基丙烯酰胺（PD-MA）水凝胶
CNCs-PDMA纳米复合水凝胶
PDMA水凝胶
CNCs（表面醛基化）POEGMA复合水凝胶
多糖水凝胶
CNCs（CNC-NH2）可注射多糖水凝胶
PD-MA水凝胶
CNCs／PVA复合水凝胶
CNCs／PAM复合水凝胶
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