仿海洋生物粘附蛋白構(gòu)筑的高性能水凝膠.x課件

仿海洋生物粘附蛋白構(gòu)筑的高性能水凝膠很多海洋生物能夠通過自身分泌的粘附蛋白固定在各種各樣的表面上,其中,兒茶酚基團(tuán)在界面鍵合和分子間交聯(lián)中扮演著至關(guān)重要的角色。近年來,各種各樣關(guān)于兒茶酚化學(xué)的仿生粘附方法已經(jīng)被應(yīng)用到水凝膠的制備中,仿生粘附水凝膠已經(jīng)成為了高分子領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。然而,如何通過簡(jiǎn)單的技術(shù)路線設(shè)計(jì)出既具有良好粘附性能,又具有良好機(jī)械性能,并同時(shí)兼具其它高性能的水凝膠,這是一個(gè)非常具有挑戰(zhàn)性的課題。本論文從這些粘附蛋白的組成成分及水下粘附機(jī)理出發(fā),設(shè)計(jì)并制備出了四種仿生粘附水凝膠,即PAA/PMD、PAA/PAD、PAAD/PM和PAAD/PA水凝膠,系統(tǒng)研究了這些水凝膠的相關(guān)性能,并通過結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的對(duì)比,探索和分析了該類型水凝膠的內(nèi)部作用機(jī)理。本文主要工作和相應(yīng)結(jié)論如下:1、仿照貽貝粘附蛋白的作用機(jī)理,我們?cè)O(shè)計(jì)并制備出了PAA/PMD水凝膠。該水凝膠內(nèi)部的交聯(lián)點(diǎn)均為動(dòng)態(tài)可逆的相互作用,如靜電相互作用和氫鍵。這些動(dòng)態(tài)交聯(lián)點(diǎn)的存在賦予了該水凝膠優(yōu)秀的拉伸性能及自修復(fù)性能,其斷裂伸長(zhǎng)率可達(dá)到1.39×104%。此外,在水下浸泡之后,由于強(qiáng)靜電相互作用及超分子結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生,水凝膠會(huì)出現(xiàn)負(fù)溶脹現(xiàn)象并且機(jī)械強(qiáng)度大幅提高?；诖?浸泡后,水凝膠的剪切粘附強(qiáng)度也從177KPa提高至1.37MPa。這項(xiàng)工作的開展不僅為水下粘附劑及手術(shù)密封劑的設(shè)計(jì)與開發(fā)提供了新的思路,同時(shí)也為進(jìn)一步揭示出海洋生物水下粘附的機(jī)理提供了參考價(jià)值。2、為了進(jìn)一步研究凝膠體系中酰氧結(jié)構(gòu)的疏水作用所扮演的角色,也為了進(jìn)一步提高該類型水凝膠的內(nèi)部動(dòng)態(tài)相互作用以增強(qiáng)自修復(fù)性能,我們?cè)O(shè)計(jì)并制備出了含有酰胺結(jié)構(gòu)陽離子的PAA/PAD水凝膠。該水凝膠同樣表現(xiàn)出優(yōu)秀的拉伸性能和良好的粘附性能。此外,該水凝膠還表現(xiàn)出了十分優(yōu)秀的自修復(fù)性能、可再塑性能以及導(dǎo)電性能?；谶@些優(yōu)秀性能的綜合,我們相信該水凝膠在柔性電子皮膚等領(lǐng)域具備著廣闊的應(yīng)用前景。3、為了更好的研究了該類型水凝膠內(nèi)部的相互作用,我們仿照沙塔蠕蟲粘附蛋白的組成成分,將PAA/PMD和PAA/PAD水凝膠中的DMA分子從聚陽離子鏈轉(zhuǎn)移到了聚陰離子鏈上,即PAA鏈上,進(jìn)而制備出了PAAD/PM和PAAD/PA水凝膠。通過四種水凝膠的性能對(duì)比,我們可以發(fā)現(xiàn)在改變DMA的位置之后,水凝膠的力學(xué)性能發(fā)生了突變而溶脹性能變化不