基于电诱导沉积方法制备海藻酸钙水凝胶

海藻酸钙水凝胶是一种具有良好生物相容性、生物降解性的生物医用高分子材料,但是传统制备方法不能得到具有生理结构的水凝胶。文中提出了一种基于电诱导沉积原理,使用海藻酸钠和碳酸钙混合溶液制备海藻酸钙水凝胶的方法。在分析电诱导沉积原理基础上,搭建了海藻酸钙水凝胶3D打印系统。建立了海藻酸钙水凝胶截面宽度模型,提出了通过调节打印喷头的移动速度控制凝胶截面宽度的方法。应用该系统打印了圆管形、正六边形及四叶草形的生物支架,并用这些结构的生物支架进行细胞培养实验,获得具有一定生物活性的细胞。     

基于电沉积法制备图案化细胞负载型海藻酸钙水凝胶技术进展

由于海藻酸钙水凝胶具有良好的生物相容性、低毒性、低成本、并且可快速制备等优点,因此可作为生物支架材料。通过构建图案化的具有生物细胞的海藻酸钙水凝胶是生物工程中作为生物支架的重要手段之一。文中在简要介绍电沉积法制备海藻酸钙水凝胶原理的基础之上,着重阐述了近年来基于电沉积法制备图案化海藻酸钙水凝胶所提出的方法,包括电极的图案化、间接电沉积法、电沉积与3D生物打印结合、扫描电极的电沉积法以及双极电化学法,并对制备图案化细胞负载型海藻酸钙水凝胶今后发展中仍需解决的问题进行总结与展望。     

毫米级海藻酸钙水胶囊的可控制备及其缓释性能

以海藻酸钙为壁材,羧甲基纤维素钠水溶液为芯材,采用锐孔凝固浴法制备了毫米级海藻酸钙水胶囊,通过Duncan’s test和正交试验考察了海藻酸钠浓度,CaCl_2浓度及芯壁溶液流速比对胶囊形貌、粒径、膜厚、力学性能和缓释性能的影响。结果表明,可制备具有较好圆整度和薄壁结构的海藻酸钙水胶囊,胶囊粒径随着海藻酸钠浓度的升高而减小,随着CaCl_2浓度和芯壁流速比的升高而增大,其中芯壁流速比的影响最显著,胶囊粒径在3~4mm之间可调;压碎强度随着囊膜厚度及交联程度的增大而提高;同时,胶囊内的活性红B4BD在水溶液中的释放过程遵循一级释放动力学方程。毫米级海藻酸钙水胶囊在食品、医药、卫生及纺织等领域具有良好的应用前景。     

可注射海藻酸钙水凝胶的制备研究

海藻酸钙水凝胶因其良好的生物相容性广泛应用于组织工程支架材料的研究。以海藻酸钠(SA),碳酸钙,葡萄糖酸内酯(GDL)为原料,通过原位相转变制备可注射凝胶,用于软骨组织微创修复材料的研究。测定了单一变量条件下不同海藻酸钠浓度、f值(钙离子与羧基的摩尔比)及n值(葡萄糖酸内酯与钙离子的摩尔比)对海藻酸凝胶力学强度、溶胀率、浸提液pH值等的影响,从而获得各组分最适的配比;另外,通过原位接种软骨细胞,研究了软骨细胞在凝胶中的生长行为。综合海藻酸钙凝胶性能,最终确定海藻酸钠浓度为2.5%、f=0.5及n=0.6为最佳配比;细胞培养结果表明软骨细胞在凝胶中具有较高的活性且维持了其软骨细胞形态,证实了研究制得的海藻酸钙水凝胶是一种优良的可注射软骨组织工程支架材料。     

海藻酸钙水凝胶对电刺激的响应行为

以CaCl2为交联剂采用浸渍法制备了海藻酸钙水凝胶,研究了海藻酸钙水凝胶的溶胀吸水率及其电刺激响应行为．结果表明,在NaCl水溶液中,海藻酸钙水凝胶的平衡溶胀比随着NaCl溶液浓度的增大而增大,随着交联剂CaCl2溶液浓度的增大而减小．海藻酸钙水凝胶在NaCl水溶液中在非接触直流电场作用下向负极弯曲,其弯曲速度、弯曲偏转程度和应变随着外加电场强度的增大而增大,随着NaCl溶液离子强度的变化在离子强度I=0．03时出现临界最大值,随着交联剂CaCl2溶液浓度的增大而减小．在周期性电场作用下,海藻酸钙水凝胶的弯曲响应行为具有良好的可逆性．     

聚乙烯醇/海藻酸钙水凝胶的制备及其力学性能研究

采用冷冻-解冻交联聚乙烯醇(PVA),海藻酸钠(SA)交联Ca2+制备聚乙烯醇/海藻酸钙(PVA/Alg-Ca)互穿网络水凝胶。探究了影响混合水凝胶pH敏感性及平衡溶胀比的原因,考察了冷冻-解冻循环次数、Ca2+浓度、海藻酸钠含量对凝胶弹性模量(E)的影响。利用回归分析建立数学模型,实现对E定量控制,模拟细胞在体内生长的生物物理环境。数学模型模拟的相对误差不超过0.1,可实现对PVA/Alg-Ca互穿网格水凝胶力学性能的定量控制。     

海藻酸钙水凝胶/聚乳酸复合材料的制备与性能

通过化学发泡-冷冻干燥-粒子滤出复合法制备聚乳酸(PLLA)大孔支架, 然后在大孔内以海藻酸钠(SA)、碳酸钙、葡萄糖酸内酯(GDL)为原料, 通过原位相转变制备海藻酸钙水凝胶/聚乳酸复合材料(CA/PLLA); 分别利用SEM、压缩强度测试和细胞培养对CA/PLLA支架的形貌、力学性能及生物相容性进行了研究。结果表明: PLLA具有直径小于2 mm、孔道相互连通的孔洞, 且在大孔中能够形成均匀的CA。CA/PLLA复合材料的压缩强度(2.74 MPa)远大于单一的海藻酸钙水凝胶的压缩强度(0.10 MPa)。在CA/PLLA复合支架中, 软骨细胞呈簇状圆形生长状态, 与其在天然软骨陷窝里生长状态一致。这种软硬结合、天然与合成高分子杂化的CA/PLLA复合材料的力学强度和生物相容性同时得到提高, 可进一步作为骨和软骨修复材料研究。     

羟基磷灰石对海藻酸钙水凝胶的制备及性能的影响

采用具有良好生物相容性的羟基磷灰石(HA)作为钙源,开发了一种新型的HA-GDL交联体系制备海藻酸钙水凝胶.通过调节海藻酸钠溶液的浓度CSA和钙离子与海藻酸钠中羧基的摩尔比f,分别制备CSA=2%、2.5%、3%,f=0.27、0.36、0.54的一系列水凝胶.以CaCO3-GDL体系作为对照,系统比较了两种体系制得的水凝胶在凝胶化时间、凝胶形貌、力学性能以及溶胀收缩等方面的性能.结果显示,相同凝胶条件下,采用HA-GDL体系制得的海藻酸钙水凝胶具有较快的凝胶化速率,较为均一的凝胶结构,较强的力学性能和较低的溶胀率.将海藻酸钙凝胶与软骨细胞复合进行体外培养,结果显示该体系具有良好的细胞相容性,从而说明该材料体系可能是一种良好的软骨组织工程支架材料.     

海藻酸钙水凝胶过滤膜的制备及其对硫酸钙的截留

以尿素为致孔剂制备了海藻酸钙(CA)水凝胶过滤膜,测试了其通量、截留率和力学性能;通过扫描电子显微镜(SEM)观测其过滤硫酸钙前后的表面形貌。结果表明,增加尿素含量,均导致膜应力和应变的下降;而膜的纯水通量则迅速增大,尿素含量为3.0%(质量分数)时达到28.7 L/(m2·h),为最大;0.2 MPa下,过滤1.7 g/L硫酸钙时对Ca2+和SO2-4的截留率分别为83%和92%,稳定通量达到21.7 L/(m2·h)。     

硅酸钙-海藻酸钙复合水凝胶膜的制备及表征

将海藻酸钠与硅酸钙共混,经过钙离子交联制备了硅酸钙-海藻酸钙(CaSiO_3-CaAlg)复合水凝胶平板膜,观测了其形貌。对CaSiO_3-CaAlg复合膜进行了FTIR、TG和XRD表征。研究了不同CaSiO_3含量的CaSiO_3-CaAlg复合水凝胶平板膜在湿态下的力学拉伸性能,并研究了其溶胀性能。结果表明,CaSiO_3与CaAlg具有较好的相容性,CaSiO_3的加入改善了CaAlg的热性能。随着CaSiO_3含量的增加,CaSiO_3-CaAlg复合水凝胶膜的极限应力先增加后减小。CaSiO_3-CaAlg复合水凝胶膜制备方法简单,没有用到任何有机溶剂,膜厚度可控且均匀,易批量生产,有望应用于组织工程材料以及医用敷料中。     

聚乙烯醇-海藻酸钙制备的研究及优化

本实验首先以含水率为指标,探讨了戊二醛用量、聚乙烯醇与海藻酸钠的质量比、CaCl2浓度、戊二醛与聚乙烯醇的反应时间等因素对聚乙烯醇-海藻酸钙复合材料的影响,结果表明,当戊二醛的含量为0．85％、聚乙烯醇在材料中比例增大到8：1左右、CaCl2溶液质量分数达2％、戊二醛与聚乙烯醇的反应时间为1．5h时,复合材料的含水率最高。然后通过正交实验设计,对聚乙烯醇-海藻酸钙聚合物制备的条件进行优化,找出最佳的制备条件：ω戊二醛1为0．85％、ω（PVA）：m（NaAlg）为8：1、ω（CaCl2）为20％。     

乳化／内部凝胶化工艺制备海藻酸钙凝胶微球的研究

从乳化/内部凝胶化制备海藻酸钙凝胶微球的机理入手,系统考察了制备工艺参数如油水比、表面活性剂添加量、碳酸钙添加量和冰乙酸添加量对海藻酸钙凝胶微球的球形度、粒径大小及分布、产率的影响规律.通过对该工艺参数的优化,能够制备出球形度良好,产率在85%以上,粒径分布均一的海藻酸钙凝胶微球.     

室温下海藻酸钙水凝胶与丙烯腈的快速接枝共聚

探索了室温下、短时间内,海藻酸钙水凝胶与乙烯基单体丙烯腈接枝共聚的反应条件.在室温(20℃)下,5g平均直径为2.5 mm的海藻酸钙水凝胶小球用8.5×10-2mol/L K2S2O8及7.0×10-2mol/LNaHSO3引发10min后,与浓度为6.22mol/L的丙烯腈反应30min,接枝率可达1520%.FTIR证实海藻酸钙水凝胶与丙烯腈之间发生了接枝共聚反应;而接枝共聚对水凝胶结构的影响,则用荧光测定法作了分析.     

抗污染羧化二氧化钛/海藻酸钙水凝胶过滤膜的制备及染料截留性能

以纳米羧化二氧化钛为增强剂,海藻酸钠为成膜基材,通过Ca²⁺离子交联制备抗污染羧化二氧化钛/海藻酸钙(TiO₂-COOH/CaAlg)水凝胶过滤膜。通过红外光谱和扫描电镜对复合膜的化学结构与形貌进行表征,并研究复合膜的力学性能、染料截留性能及抗污染性能。结果表明,相比于二氧化钛,羧化二氧化钛在复合膜中分散更均匀,利用Ca²⁺离子对羧化二氧化钛中-COOH与海藻酸钠中-COOH的协同交联作用,提高了水凝胶膜的力学性能。羧化二氧化钛含量为20%时,复合膜的断裂强度、断裂伸长率、拉伸模量和断裂能均最大,对染料直接黑38的截留率可达到96%,且受原料液pH值、无机盐NaCl和Na₂SO₄的影响较小,在0.1 MPa操作压力下过滤直接黑38/Na₂SO₄混合溶液12 h,复合膜对直接黑38的截留率保持在93%以上,渗透通量在15 L/(m²·h)左右。     

可注射型海藻酸钙-壳聚糖复合材料的凝胶性能研究

将海藻酸钠滴入壳聚糖和氯化钙的混合溶液中反应合成了海藻酸钙/壳聚糖(SA/CS)复合水凝胶材料,采用IR和SEM对其进行表征.讨论了壳聚糖分子量和含量对复合凝胶材料凝胶可注射性的影响.结果表明,复合材料中SA和CS存在分子间作用力;凝胶表面分布着同格,内部呈多孔结构}壳聚糖对复合凝胶的可注射性有明显的影响.     

改性海藻酸钙气凝胶的制备及吸附铅离子性能研究

采用化学接枝技术和简单的真空冷冻干燥方法制备出一种成本低、环境友好的改性海藻酸钙气凝胶(AlgNH2),并用于除去水体中的铅离子。实验结果表明,所制备的Alg-NH2吸附剂对铅离子有很高的选择性和吸附容量,其对铅离子的选择性系数超过40,吸附率达96.4%,最大吸附容量为217.2mg/g。Alg-NH2吸附剂工作区间较大,可应用于pH=3~7的含铅离子废液处理。此外,通过简单的酸性溶液处理即可实现吸附剂的再生和循环使用,且吸附性能保持稳定。通过准一级和准二级方程对动力学实验数据进行拟合,发现吸附过程与准二级动力学方程更为吻合(r=0.9948),表明Alg-NH2吸附剂主要通过化学吸附的方式结合溶液中的铅离子。对吸附前后样品进一步XPS分析表明,Alg-NH2吸附剂主要通过离子交换和化学配位的方式结合铅离子。     

抗污染海藻酸钙水凝胶纳滤膜对水中重金属离子的去除性能

以海藻酸钠为单体,尿素为致孔剂,采用钙离子交联的方法制备海藻酸钙水凝胶纳滤膜,并研究该纳滤膜的表面形貌、亲水性、抗污染性以及对水中重金属离子的去除。结果表明,海藻酸钙纳滤膜具有优良的抗污染性能,水接触角在2s几乎降为0。牛血清白蛋白(BSA)的通量为纯水通量的97.7%,交替过滤纯水和BSA溶液3次后,通量恢复率仍能达到91.3%。0.1 MPa压力下运行120 min,海藻酸钙纳滤膜对20 mg/L Cd~(2+)溶液的通量为15.5 L/(m~2·h),Cd~(2+)去除率达到99.5%以上。纳滤膜对混合重金属离子的去除率从高到低依次为Pb~(2+)Cu~(2+)Cd~(2+)。重金属离子的去除主要依靠吸附效应和离子交换来实现。     

基于双极电化学法的细胞负载型水凝胶可控制备

文中提出了一种基于双极电化学法制备图案化海藻酸钙水凝胶支架的方法,利用光刻技术在氧化铟锡玻璃上制造出多形状的电极,成功实现了海藻酸钙水凝胶在目标区域上的沉积.建立了水凝胶的高度生长模型,研究了反应时间、直流电源电压、驱动电极间距对所制备水凝胶高度的影响.结果表明,水凝胶的模型预测高度与实测值的误差在5％以内,且在反应时...     

3D打印形状复杂且变形可控的水凝胶结构

<正>中国科学院大学Bo Yu教授团队提出利用3D打印光固化的方法可制造出形状复杂且变形可控的水凝胶结构。通过热响应式水凝胶内引入的凹槽微结构,即通过在水凝胶结构侧面引入二级微结构导致结构不对称膨胀从而引起变形的原理,形成弯曲、扭转、甚至模仿植物卷曲、花瓣和八爪鱼等复杂变形。该方法最为重要的,是将刺激响应性材     

胶原/海藻酸钙互穿网络水凝胶的构建及其对细胞行为的影响

利用溶液共混法制备了胶原/海藻酸钠混合液,建立了制备胶原/海藻酸钙互穿网络水凝胶的方法,并证实互穿网络凝胶中,胶原与海藻酸钙二者共存且相互独立,胶原结构保持完好。与传统海藻酸钙水凝胶相比,本文建立的胶原/海藻酸钙互穿网络水凝胶表面疏水性增强且凝胶结构更加疏松,更利于细胞粘附与物质传递。以人源成纤维细胞为模型,通过考察细胞在凝胶表面与凝胶内部的形态,进一步证实胶原分子在胶原/海藻酸钙互穿网络水凝胶的表面与内部均有分布。细胞迁移实验结果也表明该胶原/海藻酸钙互穿网络水凝胶不仅能有效保持细胞活性,且为细胞迁移行为的研究提供了一种新的研究模型。