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安理工王文新團(tuán)隊(duì) AFM:通過(guò)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(qiáng)度
2024-03-02  來(lái)源:高分子科技

  粘合劑的粘接強(qiáng)度受到兩個(gè)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(shí)可以歸因于粘附界面失效,有時(shí)是由于機(jī)械性能差引起的內(nèi)部斷裂。以往的研究,多是集中于單獨(dú)提升水凝膠粘附劑的表面的粘附強(qiáng)度,或水凝膠本體的韌性。然而,這些僅僅改善這兩個(gè)方面中的任何一個(gè)而忽略另一個(gè)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(jìn)。因此,當(dāng)同時(shí)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(shí),可能會(huì)達(dá)到最佳的粘接強(qiáng)度。


  近期,安徽理工大學(xué)“長(zhǎng)江獎(jiǎng)勵(lì)計(jì)劃”講席教授王文新教授帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)創(chuàng)性地提出利用雙網(wǎng)絡(luò)(DN)結(jié)構(gòu)來(lái)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(tuán)隊(duì)首先利用單寧酸(TA)增強(qiáng)的聚乙烯醇(PVA)創(chuàng)建了一個(gè)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(gè)互穿地性能調(diào)控的網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)精細(xì)調(diào)整這兩種網(wǎng)絡(luò)的比例,該團(tuán)隊(duì)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(jiàn)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(qiáng)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(xì)胞相容性。這項(xiàng)研究為設(shè)計(jì)新一代內(nèi)聚力與粘附力平衡的水凝膠強(qiáng)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(duì)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(yàn)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(shí)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(yàn)的代表圖像;(e) 接觸時(shí)間為 24 小時(shí)的 PSTC 水凝膠搭接剪切應(yīng)力-應(yīng)變曲線;(f) 豬皮粘合試驗(yàn)的搭接剪切強(qiáng)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(jiǎn)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(zhǎng)江學(xué)者獎(jiǎng)勵(lì)計(jì)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(zhǎng),安徽理工大學(xué)精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)創(chuàng)新研究院院長(zhǎng)。王教授2010年在歐洲組織工程和再生醫(yī)療國(guó)際協(xié)會(huì)(TERMIS-EU)年會(huì)上榮獲再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域青年科學(xué)家獎(jiǎng),在2011年榮獲由愛(ài)爾蘭國(guó)家自然科學(xué)基金委頒發(fā)的愛(ài)爾蘭科學(xué)基金會(huì)首席科學(xué)家獎(jiǎng),并在2014年獲得由蝴蝶寶貝關(guān)愛(ài)中心(DEBRA協(xié)會(huì))頒發(fā)的杰出EB患者服務(wù)獎(jiǎng)。王文新教授與他帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)主要從事高分子可控聚合方法的前沿機(jī)理和生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用研究,具體為高分子可控聚合機(jī)理和動(dòng)力學(xué)控制策略及其在生物功能材料設(shè)計(jì)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(dú)或結(jié)合干細(xì)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(bào)道多種高效聚合物結(jié)構(gòu)用于基因遞送,并通過(guò)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(shí)產(chǎn)權(quán)的核酸藥物的臨床轉(zhuǎn)化驗(yàn)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(guó)際同行的普遍認(rèn)可和跟進(jìn)研究報(bào)道,目前已發(fā)表240余篇學(xué)術(shù)論文,如Science Advances《科學(xué)進(jìn)展》,Nature Communications《自然:通訊》,Nature Reviews Chemistry《自然綜述:化學(xué)》,JACS《美國(guó)化學(xué)協(xié)會(huì)會(huì)刊》,Angewandte Chemie《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》,Advanced Materials《先進(jìn)材料》,Nano Letters《納米快報(bào)》,ACS Nano 《美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)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(guó)際知名媒體采訪和報(bào)道56次,如泰晤士報(bào)(Times),英國(guó)皇家學(xué)會(huì)的化學(xué)世界(RSC Chemistry World),美國(guó)的化學(xué)工藝(Chemical Processing),美國(guó)科學(xué)日?qǐng)?bào)(Science Daily), RTE 愛(ài)爾蘭國(guó)家電視臺(tái)。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?gòu)?qiáng)企業(yè)Ashland-美國(guó)亞什蘭醫(yī)藥集團(tuán)收購(gòu)), Blafar Ltd.(總部位于愛(ài)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(ài)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(xiàng)發(fā)明專利,其中30項(xiàng)已有企業(yè)合作進(jìn)行技術(shù)轉(zhuǎn)化。


  王文新教授現(xiàn)擔(dān)任27個(gè)國(guó)家研究委員會(huì)和基金會(huì)的評(píng)審專家和委員會(huì)成員,如比利時(shí)科學(xué)研究基金會(huì)佛蘭德斯委員會(huì)、歐盟FP7框架和Horizon2020的瑪麗居里基金會(huì)、加拿大渥太華研究基金會(huì)、葡萄牙科學(xué)基金會(huì)、捷克科學(xué)基金會(huì)、英國(guó)醫(yī)療研究委員會(huì)、英國(guó)工程和物理科學(xué)研究委員會(huì)、以色列科學(xué)基金會(huì)、奧地利科學(xué)基金會(huì)等。王教授還被11家國(guó)際同行評(píng)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(guó)際會(huì)議和大學(xué)邀請(qǐng)作為主要報(bào)告人,并作為組織者、會(huì)議主席和召集人主辦了33次國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議。

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