单宁酸-纤维素_聚乙烯醇_聚丙烯酸双网络水凝胶的制备及性能.docxVIP

第40卷第1期

高分子材料科学与工程

Vol.40,No.1

2024年1月

POLYMERMATERIALSSCIENCEANDENGINEERING

Jan.2024

单宁酸-纤维素/聚乙烯醇/聚丙烯酸双网络水凝胶的制备及性能

计烨，杨建军，吴庆云，吴明元，张建安，刘久逸（安徽大学化学化工学院安徽省水基高分子材料高性能化工程实验室，安徽合肥230601）

摘要：通过将单宁酸（TA）和纤维素纳米纤维（CNF）嵌入硼砂-聚乙烯醇（PVA）/聚丙烯酸（PAA）水凝胶网络，利用一锅法制备了TA/CNF-g-PVA/PAA纳米复合双网络水凝胶。采用红外光谱、扫描电镜、热重分析、溶胀、黏附及生物实验对其进行结构表征和性能测试。结果表明，当TA和CNF的质量比为1:2时，PATCP水凝胶在猪皮上的黏附强度最高达5.64kPa；PATCP水凝胶还表现出显著的抗溶胀性能，其平衡溶胀率仅为PVA/PAA水凝胶的3/5；PATCP水凝胶对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌圈最大宽度分别为17mm和13mm；该水凝胶具有一定的自愈合性能，水凝胶溶血率均在2%以下，且水凝胶提取液中细胞存活率均在89%以上，表现出优异的生物相容性。

关键词：单宁酸；纤维素纳米纤维；纳米复合；双网络；水凝胶

中图分类号：TQ427.26文献标识码：A文章编号：1000-7555（2024）01-0017-08

在水凝胶应用领域，改善水凝胶的力学性能尤为重要。近年来，已经提出了各种方法来构建具有显著力学性能的坚韧水凝胶，例如纳米复合（NC）水凝胶[1]、双网络（DN）水凝胶[2]、多交联水凝胶[3]、离子水凝胶等[4]。其中，自Gong等首次报道DN水凝胶的构建以来[5]，DN水凝胶引起了研究者的极大关注。除了DN增强机制外，将纳米填料掺入水凝胶基质中也被认为是制备坚韧水凝胶的理想方法[6]。因此，可以将双网络和纳米填料相结合来制备水凝胶，以发挥DN水凝胶和NC水凝胶在增强水凝胶力学性能方面的协同作用。

在各种生物质纳米填料中，源自天然纤维素的纤维素纳米纤维（CNF）由于其出色的生物相容性、优异的力学强度和良好的可再生性，用作复合水凝胶的构建单元备受关注[7]。作为受贻贝启发的黏合剂水凝胶的典型例子[8]，聚多巴胺水凝胶因其出色的自粘能力、细胞亲和力和高化学反应性而被广泛应

用于生物医学领域。但聚多巴胺水凝胶通常在不牺牲其他功能的情况下力学性能较差，这阻碍了聚多巴胺水凝胶的实际应用[9]。单宁酸（TA）是一种丰富的植物多酚，具有与多巴胺相似的邻苯二酚基团，被认为是构建黏合剂水凝胶的最佳候选[10]。此外，TA优异的生物相容性、抗氧化性、抗菌性和抗炎性使其在生物医学中具有巨大的应用潜力[11]。

本文将CNF和TA嵌入硼砂-聚乙烯醇（PVA）/聚丙烯酸（PAA）水凝胶网络中，采用一种化学和物理双重交联网络构建的简单方法，制备出具有抗菌性、黏附性和自愈合性能的纳米复合双网络水凝胶。其中，N,N’-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)用作化学交联剂形成了化学交联网络；PVA/PAA分子之间的强氢键形成了物理交联网络；具有高强度和尺寸各向异性的CNF用作力学性能增强剂；TA能赋予水凝胶的生物活性。研究了水凝胶的抗菌性、黏附性和生物相容性等性能，为制备纳米复合双网络水凝胶提供了

doi:10.16865/ki.1000-7555.2024.0011

收稿日期：2023-03-28

基金项目：国家自然科学基金资助项目；安徽省科技计划重点项目（1704a0902018）

通讯联系人：杨建军，主要从事水基高分子材料研究，E-mail：andayjj@163.com

18高分子材料科学与工程2024年

思路与方法。

1实验部分

1.1试剂与仪器

PVA：分析纯，无锡市亚太联合化工有限公司；丙烯酸（AA）：分析纯，上海麦克林生化科技有限公司；十水合四硼酸钠（硼砂）：分析纯，上海泰坦科技股份有限公司；CNF：分析纯，北方世纪（江苏）纤维素材料有限公司；TA：分析纯，上海笛柏化学技术有限公司；过硫酸铵（APS）、MBA：化学纯，国药集团化