麻省理工工程师设计出可完美适应人体的新型水凝胶材料

必发娱乐手机版2017年7月26日讯  水凝胶是以水为分散介质的凝胶。具有网状交联结构的水溶性高分子中引入一部分疏水基团和亲水残基,亲水残基与水分子结合,将水分子连接在网状内部,而疏水残基遇水膨胀的交联聚合物。是一种高分子网络体系,性质柔软,能保持一定的形状,能吸收大量的水。

最近,麻省理工学院机械工程系副教授、赵选贺博士研究团队设计了一种可以涂覆在标准塑料或橡胶器械上的凝胶状材料,该材料具有更柔软、更光滑的表面,可以显著缓解患者在手术过程中的不适感。甚至在经过特殊调整之后,该涂层还可以被用于检测和治疗感染。该研究近期发表在《Advanced Healthcare Materials》杂志上。

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麻省理工工程师设计出可完美适应人体的新型水凝胶材料

新型水凝胶材料

研究团队的办法是将一层水凝胶强力粘合到常见柔材料(如乳胶、橡胶和硅胶等)上。粘合后就得到了柔软、可拉伸、光滑,并且不会渗漏病毒和其他小分子的“水凝胶叠层”。

另外,将化合物嵌入到水凝胶涂层中,还可以使其具备检测病理分子的功能。同时,药物也可以嵌入到水凝胶中并从水凝胶涂层中缓慢释放,从而更好地治疗体内的疾病。

赵选贺博士称,将水凝胶涂层粘合到了各种柔性医疗器械上,如导尿管和静脉注射管等。涂层在经受弯曲和扭曲的考验后,依然没有开裂的问题,非常耐用。涂层还非常光滑,摩擦力远小于无涂层标准导尿管,因而可以减轻患者的不适感。

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麻省理工学院机械工程系副教授赵选贺博士

赵选贺博士团队之前发明了一种新方法,将大量水和少量聚合物组成混合物,制成坚韧、可拉伸的水凝胶。在此基础上又发展了另一种技术,首先使用二苯基甲酮处理橡胶和硅胶等柔性材料的表面,再将水凝胶粘合到这些柔性材料上,二苯基甲酮这种分子溶液暴露于紫外线中时,会致使柔性和水凝胶之间形成很强的化学键。

研究人员应用这些技术制造出了水凝胶叠层:两层水凝胶中间夹一层柔性的三明治结构。然后,他们对这种叠层结构进行了一系列机械测试,发现即使在拉长数倍时这种结构也不会发生撕裂或开裂,而是能一直保持结实耐用。

该团队还将这种叠层结构放置在双室容器中,一侧填充去离子水,另一侧填充分子染料。几小时后,叠层仍能有效的阻止染料从一侧渗透到另一侧,相比之下,仅有一层水凝胶时,染料则能轻易地通过。他们从而得出结论,叠层中的柔性材料使得整个结构具备了防渗透性——他们推测这种结构也可以阻止病毒和其他小分子通过。

在另一项测试中,该团队将 pH 敏感分子混入涂覆在柔性材料一侧的水凝胶涂层中,将绿色食品染料混入另一侧的水凝胶涂层。这次,他们将整个叠层结构浸入两侧都填充了去离子水的双室容器中。

当改变容器中水的酸度时,研究人员观察到含有 pH 指示剂的水凝胶涂层变亮了。同时,绿色染料从水凝胶涂层缓慢渗透到了另一侧水中。参与的研究人员 German Parada 说:“我们可以将 pH 敏感分子混入水凝胶,也可以将需要逐渐释放的药物混入水凝胶中。 总之,可以调整凝胶的特质以满足不同的应用需求。”

该团队还将这种水凝胶涂层应用到了另一种广泛使用的柔性产品上:避孕套。研究人员说,除了通过减少摩擦来增强现有乳胶避孕套的舒适性外,水凝胶涂层中还可以嵌入抗乳胶过敏的药物以提高避孕套的安全性。

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“我们已经证明水凝胶确实有可能取代普通的柔性材料,”赵选贺博士说,“现在我们掌握了将水凝胶与其他材料组合到一起的方法,这将有可能应用到与身体发生接触的各种医疗器械上。”

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