北理工在自癒合高強度水凝膠方面取得重要研究進展


海藻酸鹽水凝膠是一種具有3D多孔網絡結構的軟材料,其在生物醫學、光、電、載體等許多領域有着廣泛的應用。但是,海藻酸鹽水凝膠大多力學強度較低,使用過程易發生機械損傷且損傷後性能大大降低,無法繼續滿足使用要求。因此,發展並製備具有自癒合性能且具有高強度的水凝膠多功能材料具有十分重要的意義。

近日,北京理工大學生命學院綠色生物製造課題組通過海藻酸鹽的原位多層自組裝技術,結合具有豐富羥基作用位點的聚丙烯酰胺,用簡易方法構建出具有規整層結構的高強度自癒合水凝膠。系統的表徵揭示了動態氫鍵作用對海藻酸鈉(SA)在多孔聚丙烯酰胺(PAM)基質中自組裝成層狀結構的驅動機理。此外,氫鍵在增強水凝膠的自癒合作用方面也發揮着關鍵作用,水凝膠自癒合能力達99%。同時,這種有序層結構也使海藻酸鹽基水凝膠的拉伸強度達到了266 kPa。上述工作為研發具有有序多層結構的高機械強度和自癒合性能水凝膠提供了新思路和方法,並有助於實現水凝膠功能的多樣性。

圖1 自癒合水凝膠製備過程及多層結構形成示意圖

相關成果在線發表於高分子科學與工程技術領域頂級期刊 Carbohydrate Polymers (IF="7.18,即時IF=8.0),該論文第一作者為2018級碩士生趙丁偉,通訊作者為孫劍教授。


附作者簡介:

孫劍,博士,教授,博士生導師,綠色生物製造課題組組長,入選國家級青年人才項目、北京理工大學“特立”青年學者。2009年獲得中國科學院研究生院工學博士學位,導師張鎖江院士。現任中國化工學會離子液體專業委員會委員,中國膜工業協會醫藥生物用膜技術委員會委員,第二屆中國纖維素行業協會技術委員會委員, Chinese J. Chem. Eng. 及 Green Chem. Eng. 青年編委等。主持多項國家級科學基金項目,參與973, 863,支撐計劃等重大項目。長期從事離子液體綠色過程研究,在 Chem. Soc. Rev., Energy Environ. Sci., Green Chem., ChemSusChem, Chem. Commun., ACS Sustainable Chem. Eng., Carbohyd. Polym., Biotechnol. Biofuels, I&ECR 等國際頂級或重要期刊發表 SCI論文50 餘篇,獲得授權中國發明專利21項、美國專利2項、日本專利1項,獲省部級獎勵2項。參與完成萬噸級EG/DMC工業化示範項目1個。課題組主要研究方向是基於離子液體、納米材料等功能介質的設計,發展可再生碳資源分離-利用-轉化新過程、新技術;包括新型功能化離子液體設計、合成及離子微環境調控,生物基功能材料合成,仿生酶或負載酶構建及其應用,化學-生物過程耦合與強化,面向CO2、生物質等可再生碳資源的光、電、熱以及生物清潔催化轉化等。課題組歡迎具有相關研究或專業背景的同學以及科研人員加入。

論文詳情:

Dingwei Zhao, Mi Feng, Ling Zhang, Bin He, Xinyan Chen, Jian Sun*. Facile synthesis of self-healing and layered sodium alginate/polyacrylamide hydrogel promoted by dynamic hydrogen bond.  Carbohydrate Polymers , 2020, doi: 10.1016/j.carbpol.2020.117580。

論文鏈接://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0144861720317537


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