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《Nature》子刊:爱美人士的福音,水凝胶家族又添新成员
2019-07-24 10:43:38 | 【 【打印】【关闭】

  水凝胶 是一类独特的材料,具有可调的理化和生物特性,非常适合各种生物医学应用。虽然其交联的三维网络结构中含有大量的水,但仍然表现得像一个弹性固体。水凝胶是通过聚合物(天然或合成)和其他小分子的化学(共价)交联或物理(非共价)交联来合成的。物理交联的水凝胶避免了有毒化学交联试剂的使用,由于其固有的可逆性和物理相互作用的动力学特性,引起了科研工作者的极大兴趣。物理自组装凝胶网络的动态性质可以防止微观结构的永久解离并促进自愈。水凝胶的自愈特性已在不同的物理交联方法中呈现现出来,例如疏水相互作用、氢键、静电相互作用和主客体相互作用。物理自组装水凝胶也可以在据外部刺激(如:溶剂性质、pH、氧化还原、光和温度)下形成。在这些刺激-响应体系中,热响应水凝胶 在室温升至生理温度的过程中实现了溶胶-凝胶的转变,这对于生物应用来说是非常理想的转变。

  两亲性有机水凝胶 近年来成为研究热点,乳液基有机水凝胶更一种是非常理想的材料,只需通过轻度溶解即可很容易地负载生物活性化合物,避免了对生物活性成分的化学改性。采用乳化的方式可以形成两相域(如油相和水相),乳化的过程根据能耗的高低分为高能耗和低能耗两种类型。 纳米乳液(尺寸约为100纳米)可以高效,简便的将极性和非极性功能性生物分子封装在一起。先前制备的纳米乳液由于成分的细胞毒性和工艺难以实现放大生产,限制了纳米乳液的应用。近日,美国马萨诸塞理工学院化学工程系 Seyed Meysam Hashemnejad教授 课题组报道了一种使用 FDA认证的Pluronic共聚物(PEO-PPO-PEO)作为凝胶剂 来热固化水包油纳米乳液的方法。在环境温度下,悬浮液表现出类液体行为,并在高温下迅速变成弹性凝胶。该凝胶体系的性能可以通过多种因素进行调节。相关工作以题目为“Thermoresponsive nanoemulsion-based gel synthesizedthrough a low-energy process”发表在《Nature communications》上。

  

 

  亮点 

  1、该水凝胶体系中的凝胶剂选择了美国食品药品监督管理局(FDA)认证的化合物-- Pluronic共聚物(PEO-PPO-PEO),纳米乳液中不含有细胞毒性的成分,制备的有机水凝胶中所用成分的生物相容性和水凝胶的可调力学性能使其成为一种有前途的热凝胶体系,在医药或化妆品等领域具有应用潜力。 

  2、纳米乳液的制备采用了一种 低能耗的工艺 ,提供了一种有效的放大途径。

  3、提出了 一种独特的凝胶机理 -凝胶剂Pluronic共聚物在纳米乳液液滴界面上的热诱导吸附与水溶液中胶束浓度增加的协同作用诱导产生凝胶。 

  图文解析 

  图1.纳米乳液体系的原理图和提出的凝胶机理 

  

 

  a,采用低能耗法制备的水包油纳米乳液(包含油相、表面活性剂(Tween80和Span80, HLB = 13)、助表面活性剂(PEG400));b,向纳米乳液悬浮液中添加Pluronic溶液,赋予乳液热响应行为,Pluronic的浓度为4.7%wt;c,50℃,通过Pluronic中的PPO组分吸附在液滴界面上形成凝胶,Pluronic和水溶液中过量的乳化剂形成混合胶束。

  图2.纳米乳液凝胶的流变行为。标准水凝胶体系中含有20%肉豆蔻酸异丙酯作为油相,20%表面活性剂作为乳化剂(Tween80和Span80, HLB = 13),5%PEG400,4.7%Pluronic(F127/F68:6/1g/g),50.3%去离子水,所有浓度均以质量百分比表示。液滴体积分数()为0.24,流体动力油相液滴直径为53 nm。

  

 

  a,小振幅振荡剪切温度梯度实验中,动态模量在10℃到50℃温度范围内的变化,升温速率2°C/min,虚线表示G′和G〃相交的位置;b,不同温度下的线性粘弹谱图;c,含凝胶样品的倒置玻璃瓶的光学图像,上图为低于20℃时,下图为高于50℃时。

  图3.消除基线后的微差示扫描量热曲线。 

  

 

  a,不同共聚物浓度下F127/F68(6/1g/g)水溶液的DSC曲线;b,Pluronic溶液、清洗后的纳米乳液以及下层清夜的DSC曲线。加入Pluronic溶液之前,将纳米乳状悬浮液离心,过滤水相(下层清液)中的油相(上层清液)。b图中的虚线表示1.2%Pluronic溶液的吸热峰。

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  来源:高分子科学前沿、网易号

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