基于大分子设计与合成制备具有三维各向异性功能水凝胶的研究
批准号:
52073059
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
付国东
依托单位:
学科分类:
高分子材料制备
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
付国东
中文摘要
肌肉是一种由有序取向排列肌细胞包围结缔组织构成的三维各向异性规整的生物组织,这样的三维各向异性的规整结构使其在不同方向展现了各异的物理机械性能。传统水凝胶由于分子结构的无序性,通常呈现各向同性的性能。在拟开展的研究中,拟设计合成规整的嵌段大分子,然后通过控制大分子的聚集状态形成规整有序的柱状、层状纳米微相分离结构,采用物理或化学交联方法使得其中的一个相区的链段锁定,形成在水溶液中既不溶解也不溶胀的微相,而另一微相的分子链段展现良好的吸水性和自由伸展性,从而形成锁定-溶胀微相有序交替的水凝胶。拟利用锁定微相在特定方向限制作用,使得凝胶只能向特定的方向膨胀伸展,所以其在空间方向上呈现各异的物理机械性能。最后,拟通过调整嵌段聚合物的链段参数,调控凝胶的微相结构和功能,制备多功能三维有序各向异性水凝胶。本项目的开展丰富了构建新结构凝胶材料的方法,为有序各向异性凝胶的研发与制备提供了新的思路。
英文摘要
Muscle is a kind of three-dimensional anisotropy biological tissue consisting of orderly-oriented arrangement of muscle cells surrounded by connective tissue, and this three-dimensional anisotropy arrangement structure affords it very special physical and mechanical properties. Traditional hydrogels exhibit the performance of isotropics due to the disorder of molecular structures. In the proposed study, the well-defined multi-blok copolymers will be designed and synthesized. By controlling the aggregation of the synthesized macromolecules, the structure with the coherent and orderly column, or layered nano-microphase separation is formed. One of the microphases in the block polymer-based hydrogel is to be locked by physical or chemical crosslinking methods, making it not dissolved in the water solution. In the other hand, the polymer chain segments in the other microphase of the designed hydrogel show good water absorption and free stretching, thus forming a gel with the regular and ordered microphase as crosslinking points. Due to the well-organized microphase locking, the gel can only expand in a specific dimensional direction. As a result, it presents different physical and mechanical properties in the spatial direction. Hence, by changeing the chain segment parameters of the synthesized block polymers, the microphase structure and function of the gels can be adjusted, and the functional hydrogel of three-dimensional anisotropy can be prepared. This three-dimensional anisotropy functional gel is expected to have important application value in the field of wearable electronics and bionic functional materials.
各向异性水凝胶因其独特的定向形变特性,被广泛应用于驱动器、药物运载、软机器人、仿生肌肉等领域。目前,此类凝胶的编程方式需要借助光、电、磁、力等外场能量,使得其制备成本昂贵,制备工艺复杂,且制备过程安全性低。本项目重点围绕各向异性功能水凝胶合成制备进行研究,提出了一种新型、简单、低成本的氧辅助各向异性结构编程策略构建各向异性水凝胶。基于氧气对自由基聚合中不同单体自由基间淬灭能力的差异性,并利用聚电解质间静电相互作用诱导相分离的驱动力,在不需要引入任何外部场的情况下,实现了梯度结构和相分离结构的自组装。通过扫描电镜,红外光谱,元素分析以及电导率测试证明了梯度结构的形成,DFT计算结果验证了静电相互作用主导了相分离驱动力。在此基础上,优化建立了一系列氧辅助构筑各向异性结构水凝胶的新型策略:1.通过构建非对称性嵌入式双结构强化了水凝胶的变形能力;2. 以氧-热双驱动构筑一体化各向异性水凝胶,在实现强化响应性变形性能的同时,避免了双结构所带来的界面问题;3.采用温敏性材料构建具有非对称性嵌入式双结构水凝胶,实现应用场景的多样化。本研究系统讨论了上述水凝胶的宏观结构和微观结构,论证了其结构的形成机理;此外,还详细研究了所制备水凝胶在不同的条件下展现出的复杂变形行为,探索了其具体的形变行为模式;最后,通过实验评估了所制备各向异性水凝胶在智能执行器领域的应用可行性。
基于大分子精确合成设计制备具有可控分子结构和功能的聚合物网络的研究
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批准号:21274020
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项目类别:面上项目
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资助金额:80.0万元
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批准年份:2012
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负责人:付国东
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依托单位:
同步的原子转移自由基聚合和点击化学技术制备功能性互穿聚合物网络的研究
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批准号:21074022
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项目类别:面上项目
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资助金额:37.0万元
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批准年份:2010
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负责人:付国东
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依托单位:
一种新颖的制备刚性-柔性嵌段聚合物的方法及该聚合物在合成中纳米组装的研究
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批准号:20804009
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:22.0万元
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批准年份:2008
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负责人:付国东
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依托单位:
国内基金
海外基金