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安理工王文新團隊 AFM:通過平衡內(nèi)聚力與黏附力提高雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠黏合劑的強度
2024-03-02  來源:高分子科技

  粘合劑的粘接強度受到兩個不同因素的影響:內(nèi)聚力和粘附力。水凝膠粘合劑的粘接失效有時可以歸因于粘附界面失效,有時是由于機械性能差引起的內(nèi)部斷裂。以往的研究,多是集中于單獨提升水凝膠粘附劑的表面的粘附強度,或水凝膠本體的韌性。然而,這些僅僅改善這兩個方面中的任何一個而忽略另一個的嘗試,已被證明在提升水凝膠粘合性能方面只能獲得有限的改進。因此,當(dāng)同時考慮和平衡水凝膠粘合劑內(nèi)部的內(nèi)聚力和其表面的粘附力時,可能會達到最佳的粘接強度。


  近期,安徽理工大學(xué)“長江獎勵計劃”講席教授王文新教授帶領(lǐng)的研究團隊開創(chuàng)性地提出利用雙網(wǎng)絡(luò)(DN)結(jié)構(gòu)來調(diào)節(jié)水凝膠的內(nèi)聚力與粘附力之間的平衡,從而制備出具有卓越粘附性能的水凝膠粘合劑。該團隊首先利用單寧酸(TA)增強的聚乙烯醇(PVA)創(chuàng)建了一個高粘性網(wǎng)絡(luò),并利用鈣離子(Ca2?)交聯(lián)的海藻酸鈉(SA)形成第二個互穿地性能調(diào)控的網(wǎng)絡(luò)。通過精細調(diào)整這兩種網(wǎng)絡(luò)的比例,該團隊成功地制備出了一種內(nèi)聚力與粘附力平衡的高性能DN水凝膠粘合劑(參見圖1)。與傳統(tǒng)非平衡的水凝膠粘合劑相比,這種新型粘合劑的粘附強度提高了三倍(如圖2所示)。此外,這種水凝膠不僅展示出了在多種物體表面上卓越的粘附能力,還具有出色的抗菌效果以及良好的細胞相容性。這項研究為設(shè)計新一代內(nèi)聚力與粘附力平衡的水凝膠強粘附劑提供了新的思路。


圖1. 制備雙網(wǎng)絡(luò) PSTC 水凝膠粘附劑的示意圖 


圖2. PSTC 水凝膠的粘附特性。(a) PSTC 水凝膠對各種物體(包括組織、玻璃和塑料)的粘附性;(b) PSTC 水凝膠在豬皮粘附試驗中接觸 10 分鐘后的搭接剪切應(yīng)力-應(yīng)變曲線;(c) PSTC 水凝膠接觸 1 小時后的搭接剪切應(yīng)力-應(yīng)變曲線;(d) PSTC-1 和 PSTC-0 水凝膠粘合劑搭接剪切試驗的代表圖像;(e) 接觸時間為 24 小時的 PSTC 水凝膠搭接剪切應(yīng)力-應(yīng)變曲線;(f) 豬皮粘合試驗的搭接剪切強度匯總圖像。

  該工作以“Enhanced Strength for Double Network Hydrogel Adhesive through Cohesion-Adhesion Balance”為題發(fā)表在《Advanced Functional Materials》上。


  原文鏈接https://doi.org/10.1002/adfm.202313322


課題組簡介:


  王文新教授目前任職安徽理工大學(xué)合肥高等研究院“長江學(xué)者獎勵計劃”講席教授,并兼任安徽理工大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院學(xué)術(shù)院長,安徽理工大學(xué)精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)創(chuàng)新研究院院長。王教授2010年在歐洲組織工程和再生醫(yī)療國際協(xié)會(TERMIS-EU)年會上榮獲再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域青年科學(xué)家獎,在2011年榮獲由愛爾蘭國家自然科學(xué)基金委頒發(fā)的愛爾蘭科學(xué)基金會首席科學(xué)家獎,并在2014年獲得由蝴蝶寶貝關(guān)愛中心(DEBRA協(xié)會)頒發(fā)的杰出EB患者服務(wù)獎。王文新教授與他帶領(lǐng)的研究團隊主要從事高分子可控聚合方法的前沿機理和生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用研究,具體為高分子可控聚合機理和動力學(xué)控制策略及其在生物功能材料設(shè)計與合成中的兩大方向應(yīng)用:組織工程學(xué)—水凝膠以及其他功能性生物材料單獨或結(jié)合干細胞療法在骨關(guān)節(jié)炎、關(guān)節(jié)軟骨缺損、骨缺損、牙科骨/軟組織修復(fù)、皮膚創(chuàng)傷修復(fù)等醫(yī)療方向的廣泛應(yīng)用;基因治療—十余年深耕研發(fā)報道多種高效聚合物結(jié)構(gòu)用于基因遞送,并通過可控聚合首次攻克和發(fā)明了超支化聚β氨基酯該大類材料家族用于遺傳物質(zhì)的體外和體內(nèi)遞送,并成功應(yīng)用于,包括EB基因替代和編輯療法等在內(nèi),多種擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的核酸藥物的臨床轉(zhuǎn)化驗證。


  王文新教授的基礎(chǔ)研究以及商業(yè)化轉(zhuǎn)化工作獲得了國際同行的普遍認可和跟進研究報道,目前已發(fā)表240余篇學(xué)術(shù)論文,如Science Advances《科學(xué)進展》,Nature Communications《自然:通訊》,Nature Reviews Chemistry《自然綜述:化學(xué)》,JACS《美國化學(xué)協(xié)會會刊》,Angewandte Chemie《德國應(yīng)用化學(xué)》,Advanced Materials《先進材料》,Nano Letters《納米快報》,ACS Nano 《美國化學(xué)學(xué)會納米雜志》,并參與編纂5本學(xué)術(shù)專著的部分章節(jié)。王教授的工作已相繼被多家國際知名媒體采訪和報道56次,如泰晤士報(Times),英國皇家學(xué)會的化學(xué)世界(RSC Chemistry World),美國的化學(xué)工藝(Chemical Processing),美國科學(xué)日報(Science Daily), RTE 愛爾蘭國家電視臺。在科研成果的轉(zhuǎn)化方面,王文新教授創(chuàng)建了應(yīng)用和轉(zhuǎn)化自己研發(fā)技術(shù)的5家生物技術(shù)公司:Vornia Ltd. (已被世界五百強企業(yè)Ashland-美國亞什蘭醫(yī)藥集團收購), Blafar Ltd.(總部位于愛爾蘭都柏林),孛朗孚(杭州)生物科技有限公司,Branca Bunús Ltd.(總部位于愛爾蘭都柏林)和北京瑞熙天成生物科技有限公司,并擁有34項發(fā)明專利,其中30項已有企業(yè)合作進行技術(shù)轉(zhuǎn)化。


  王文新教授現(xiàn)擔(dān)任27個國家研究委員會和基金會的評審專家和委員會成員,如比利時科學(xué)研究基金會佛蘭德斯委員會、歐盟FP7框架和Horizon2020的瑪麗居里基金會、加拿大渥太華研究基金會、葡萄牙科學(xué)基金會、捷克科學(xué)基金會、英國醫(yī)療研究委員會、英國工程和物理科學(xué)研究委員會、以色列科學(xué)基金會、奧地利科學(xué)基金會等。王教授還被11家國際同行評議雜志聘為編委,如Journal of Nanobiotechnology《納米生物技術(shù)雜志》、Polymer《高分子》、Biomedical Materials《生物醫(yī)學(xué)材料》、Materials《材料》和《林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè)》等。王文新教授已先后117次被國際會議和大學(xué)邀請作為主要報告人,并作為組織者、會議主席和召集人主辦了33次國際學(xué)術(shù)會議。

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