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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?#38498;?#29289;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?#22763;?#20197;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?#37096;?#20197;在据外部?#30899;ぃ?#22914;:溶剂性质、pH、氧化还原、光和温度)下形成。在这些?#30899;?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?#32654;?#35828;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?#28909;?#35299;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?#28023;?#23610;寸约为100纳米)可以高效,简便的将极?#38498;?#38750;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?#38498;?#24037;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?#29616;?#30340;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)?#29616;?#30340;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?#38498;?#27700;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?#20204;?#21147;。 

  2、纳米乳液的制备采用了一种 低能耗的工艺 ,提供了一种?#34892;?#30340;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?#20173;?#21152;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?#28023;?#21253;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?#28023;?#36171;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?#20449;?#24230;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?#26412;?#20026;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℃?#20445;?#19979;图为高于50℃?#34180;?/p>

  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?#28023;?#20013;的油相(上层清?#28023;图中的虚线表示1.2%Pluronic溶液的吸热峰。

  全文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-019-10749-1

  来源:高分子科学前沿、网易号

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