含强弱可逆双配位键的仿生力诱导本征自修复高分子材料

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51773229
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    63.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0305.高分子共混与复合材料
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

The present project is focused on development of intrinsic self-healing polymer capable of functioning upon cracking under applied stress without manual intervention. To this end, we are going to mimic byssus of mussels and introduce strong and weak coordination bonds into polyurethane building up dual reversibly crosslinked networks. When the weak coordination bonds preferentially rupture, the surrounding micron-environment would change accordingly, leading to the increase of the amount of the strong coordination bonds. As a result, stress induced strengthening occurs, which hinders crack propagation. In the case of unloading, the strong coordination bonds favor rebound of the macromolecular chains and crack closure. By taking advantage of specificity of coordination bonds, the broken weak coordination bonds would be gradually reconnected and the number of the strong coordination bonds would also be recovered in the meantime. The joint action of the reversible cleavage-formation of both strong and weak coordination bonds realizes rearrangement of the crosslikages and crosslinked networks, and rebinds cracks. On the basis of molecular design, synthesis of the above-mentioned polyurethane containing the two types of reversible crosslinkages, and study of reversibility of the coordination bonds in relation to macromolecular structure and material’s properties, the influences of polymer synthesis, fabrication, dynamic reversible breakage-recombination of the dual coordination bonds on healing efficiency and stress modulated response would be revealed. Eventually, the difficulties of manually aided intrinsic self-healing and the unstable autonomic intrinsic self-healing would be overcome. The outcomes of this project would provide a knowledge path for future development of bio-inspired stress-induced intrinsic self-healing polymers.
为在高分子材料受力破坏的同时引发其本征自修复机制,从而进行无人工干预、自动愈合微损伤,我们拟模仿贻贝足丝,在聚氨酯中引入强、弱两种配位键形成双可逆交联网络,利用弱配位键在外力下率先破坏时改变分子周边的微环境,导致强配位键数量的增加,产生应力增强、抑制裂纹发展,卸去外力时,由于强配位键促进分子链回缩和裂纹闭合,加上配位键的特异性作用,弱配位键重新形成,强配位键数也逐渐回复。这种强弱配位键可逆形成与破坏的有机结合,可实现网络结构和强弱交联键分布的重排,修复微损伤。通过设计分子和网络结构,合成含上述双可逆交联键的聚氨酯,研究配位键可逆特性与分子结构和材料性能的关系,揭示材料合成、制备技术、双配位键断裂—结合动态可逆行为对修复效率和力调控响应的影响;阐明力诱导本征自修复过程,克服现有本征型自修复高分子材料多需人工干预或无需人工干预却性能不稳定的困难,为构筑仿生力诱导自修复高分子材料建立科学基础。

结项摘要

高分子材料在工农业和人类日常生活中得到广泛应用,在使用过程中高分子材料由于机械疲劳、热疲劳、冲击、辐射、化学降解等作用不可避免地会在其内部产生局部损伤和微裂纹,导致性能下降。因此,对高分子材料微裂纹的早期发现和修复是一个非常实际的问题,由于聚合物的裂纹往往在其内部深处出现,很难采用常规手段探测,并且即便能够探测得到,也无法修复。因此,研究赋予高分子材料类似生物体的仿生修复-自愈合能力,主动、自动地对损伤部位进行修复、对高分子材料的应用十分重要。. 为在高分子材料受力破坏的同时引发其本征自修复机制,从而进行无人工干预、自动愈合微损伤,本项目模仿贻贝足丝,在聚氨酯中引入多巴与铁(DOPA-Fe)以及组氨酸与锌(His-Zn)强、弱两种配位键形成双可逆交联网络,利用弱His-Zn配位键在外力下率先破坏时释放出咪唑环,增加了体系的碱性,改变分子周边的微环境,导致强配位键(DOPA-Fe三配位键)数量的增加,产生应力增强、抑制裂纹发展;卸去外力时,由于DOPA-Fe强配位键促进分子链回缩和裂纹闭合,加上配位键的特异性作用,原本受力断裂的弱键(His-Zn键)重新结合,体系的碱性降低,在受力过程中新生成的强键(DOPA-Fe键)因而逐渐解开,强配位键数也逐渐回复。在此过程中,材料自动闭合并修复受力过程中产生的微裂纹,从而恢复到原来的力学状态。这种强弱配位键可逆形成与破坏的有机结合,实现了网络结构和强弱交联键分布的重排,修复微损伤。我们通过设计分子和网络结构,合成含上述双可逆交联键的聚氨酯,研究配位键可逆特性与分子结构和材料性能的关系,揭示了材料合成、制备技术、双配位键断裂—结合动态可逆行为对修复效率和力调控响应的影响;阐明力诱导本征自修复过程,克服现有本征型自修复高分子材料多需人工干预或无需人工干预却性能不稳定的困难,为构筑仿生力诱导自修复高分子材料建立了科学基础。

项目成果

期刊论文数量(14)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(3)
Photo-induced topological self-reorganization and self-growth of polymer based on dynamic reversible aromatic pinacol units
基于动态可逆芳香频哪醇单元的聚合物的光诱导拓扑自重组和自生长
  • DOI:
    10.1016/j.polymer.2020.122299
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Polymer
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Li Yuan;Zhang Ze Ping;Mo Wei Jie;Rong Min Zhi;Zhang Ming Qiu;Liu Dong
  • 通讯作者:
    Liu Dong
Repeatedly Intrinsic Self-Healing of Millimeter-Scale Wounds in Polymer through Rapid Volume Expansion Aided Host-Guest Interaction
通过快速体积膨胀辅助主客体相互作用实现聚合物中毫米级伤口的反复内在自愈
  • DOI:
    10.1021/acsami.0c03523
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    ACS Applied Materials & Interfaces
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Zhu Dong Yu;Chen Xin Jie;Hong Zhan Peng;Zhang Lan Yue;Zhang Lei;Guo Jian Wei;Rong Min Zhi;Zhang Ming Qiu
  • 通讯作者:
    Zhang Ming Qiu
Topological rearrangement-derived homogeneous polymer networks capable of reversibly interlocking: From phantom to reality and beyond
拓扑重排衍生的均质聚合物网络能够可逆地联锁:从幻想到现实及其他
  • DOI:
    10.1016/j.mattod.2019.09.005
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Materials Today
  • 影响因子:
    24.2
  • 作者:
    You Yang;Peng Wei Li;Xie Pu;Rong Min Zhi;Zhang Ming Qiu;Liu Dong
  • 通讯作者:
    Liu Dong
Adaptable Interlocking Macromolecular Networks with Homogeneous Architecture Made from Immiscible Single Networks
由不混溶的单一网络制成的具有同质结构的适应性联锁高分子网络
  • DOI:
    10.1021/acs.macromol.9b02307
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Macromolecules
  • 影响因子:
    5.5
  • 作者:
    Peng Wei Li;You Yang;Xie Pu;Rong Min Zhi;Zhang Ming Qiu
  • 通讯作者:
    Zhang Ming Qiu
A simple and universal strategy for preparing external stress-free two-way shape memory polymers by making use of the chemical crosslinkages derived from peroxide initiator
一种利用过氧化物引发剂衍生的化学交联制备无外部应力双向形状记忆聚合物的简单而通用的策略
  • DOI:
    10.3144/expresspolymlett.2020.26
  • 发表时间:
    2020-04-01
  • 期刊:
    EXPRESS POLYMER LETTERS
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    Fan, L. F.;Huang, Y. N.;Zhang, M. Q.
  • 通讯作者:
    Zhang, M. Q.

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其他文献

硫化天然橡胶的本征自修复与固相回收加工
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  • 通讯作者:
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    章明秋
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  • 发表时间:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
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纳米浇注法制备有序介孔WC/C复合材料及电催化性能
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2013
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    胡云楚;吴义强;章明秋;容敏智
  • 通讯作者:
    容敏智

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章明秋的其他基金

基于可逆共价化学的聚合物自适应性网络复合体系制备新方法
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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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