《仿海蜇結構和性能水凝膠》是依託北京師範大學，由汪輝亮擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：仿海蜇結構和性能水凝膠
- 依託單位：北京師範大學
- 項目負責人：汪輝亮
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
生物凝膠通常在高水含量下依然具有良好的彈性和韌性，其原因就在於生物凝膠大多具有規整有序的、多層級的聚集態結構，以及生物大分子之間較強的相互作用力。近年來關於高機械強度水凝膠的製備和性能結構研究已成為一個熱點，但依據仿生原理來製備高強度凝膠的研究還未見報導。本項目擬選擇一種結構相對簡單的生物凝膠-海蜇作為研究對象，開展利用仿生技術製備具有類似海蜇結構和性能水凝膠的研究。前期研究已證實海蜇具有獨特的微觀結構、高的機械強度和獨特的各向異性的溶脹性能。本項目擬對海蜇的結構與性能進行較為深入的研究，進一步揭示結構與性能之間的關係。在此基礎上採用多種原料和方法製備具有類似海蜇微觀結構的水凝膠，並通過調控化學結構和物理結構得到與海蜇相似的機械性能和溶脹性能等。這項研究可能為人們在設計和製備具有規整的結構和獨特的機械和溶脹性能的水凝膠提供新思路。這些仿海蜇結構凝膠可以套用於生物醫學、軟機械部件等領域。
結題摘要
海蜇中膠層具有各向異性的多層次納米結構，這使其在極高含水量的情況下依然具有高的機械強度。製備具有類似海蜇微觀結構和性能的水凝膠是一個巨大的挑戰。本項目採用多種原料和方法製備了多種具有類似海蜇結構和性能的水凝膠體系。其中，利用定向冷凍-解凍法製備的PVA-氧化石墨烯(GO)納米複合凝膠，具有與海蜇類似的微觀結構和非常接近的含水量、機械性能以及環境敏感性。採用定向冷凍輻照聚合的方法製備了具有納米線結構的聚甲基丙烯酸羥乙酯（PHEMA）仿海蜇凝膠。在理解海蜇結構和作用力的基礎上，開發了多種新的製備具有獨特微觀結構和優異性能凝膠的方法。（I）利用聚合物和小分子化合物之間的氫鍵作用自組裝形成納米線和納米片層，非常方便地製備出具有優異的力學性能、可加工性能以及形狀記憶性能的超分子凝膠；（II）利用聚合物間相互作用，採用浸泡法大幅度提高凝膠力學性能；（III）利用氧化石墨烯的巨觀取向液晶結構製備各向異性納米複合水凝膠；（IV）以及利用聚合物和金屬陽離子之間的靜電作用選擇性、區域化改變凝膠的交聯度和溶脹性能實現凝膠的可控和複雜形變。利用海蜇及海蜇結構凝膠為模板製備了多種形貌的金屬和金屬氧化物納米顆粒，並研究了這些納米複合凝膠在催化領域的套用。這項研究為人們在設計和製備具有規整的結構和獨特的機械和溶脹性能的水凝膠提供新思路。這些仿海蜇結構凝膠可以套用於生物醫學、催化、能源、環境保護、軟機械（感測器、執行器）、光學器件等領域。
