连续加工过程中点击化学反应制备结构规整的一维凝胶器件的研究

Click Chemistry can prepare hydrogels with well-defined molecular structures and precisely controlled functionalities. The variable functionalities and high strength of these provide a possibility to the preparation of bionic membrane devices from hydrogels. Hydrogels has a cross-linked molecular structure, so it is difficult to prepare hydrogel devices, especially cylindrical hydrogel by post-processing. Thus, to prepare 1-D hydrogel devices by click chemistry, we must study the Click Chemistry in processing. Here, Click Chemistry in the continuous processing of the extrusion molding and electrospinning will be firstly studied and applied to prepare 1-D high strength tubular and nanofiber hydrogel devices. In order to improve and control the surface properties of the hydrogel devices, the molecular of the hydrogels was designed and further functionalized by subsequent grafting. The Click Chemistry in continuous processing can prepare 1-D hydrogel devices with high production efficiency, low cost and low energy consumption. The study of Click Chemistry in continues process provides a possibility to prepare high strength cylindrical and tubular polymer network and bionic hydrogel devices in industrial scale.

点击化学技术的发展为制备分子结构规整和功能精确可控的高强度水凝胶，及其在具有膜功能的仿生器件中的应用成为可能。水凝胶是分子交联体系，后期加工成型困难，特别是在连续加工过程中制备一维水凝胶器件。因此通过连续法制备水凝胶器件就必须将水凝胶的成型加工和点击化学反应有效结合起来，既在加工过程中实现点击化学反应。本项目将研究在挤出成型及静电纺丝过程中进行铜催化的炔、叠氮环加成的点击化学反应，在连续生产过程中制备一维管状及纳米纤维水凝胶。为了提高水凝胶的功能性及响应性，还在分子合成及设计的基础上通过表面接枝改性技术对制备的一维水凝胶器件进行表面改性。连续加工过程中进行点击化学反应制备一维水凝胶器件，具有生产效率高、易成型、成本低、能耗低等优势。本项目的成功开展为点击化学在连续工业生产中应用及制备一维高强度功能性水凝胶器件做了有益的尝试和探索。

本项目我们将水凝胶的成型加工和点击化学反应有效结合起来，重点研究了高分子成型加工技术结合点击化学制备分子结构规整和功能精确可控的高强度水凝胶，为其在生物医学材料以及催化剂载体领域的应用进行了初步探索。我们采用原位-点击化学和静电纺丝相结合的方法制备了一系列以PEG为主的一维纳米纤维水凝胶和宏观水凝胶，研究了利用点击化学及静电纺丝制备纤维水凝胶的静纺条件，包括纳米铜颗粒的大小以及物料比等参数对凝胶化时间的影响以及静纺过程中点击化学的反应动力学研究，初步探索了该凝胶材料在催化剂载体方面的应用；结合浇注成型与点击化学制备出了以PEG为基体的一维管状的水凝胶器件，通过引入长链烷烃提高凝胶机械性能，所得凝胶具有了优异的力学性能以及很好的生物相容性，为其在生物医学材料的应用作了初步探索；另外为了拓展凝胶材料的功能性，使得水凝胶器件具有良好的生物相容性能及更宽广的用途，我们利用注入渗透方法制备了一系列层状天然高分子水凝胶，通过结合天然高分子材料保证其生物相容性可降解性，通过复合石墨烯材料以及形成层状结构，赋予凝胶器件的更优良的力学性能，并且根据所制备不同凝胶的特性，研究了其抗溶剂性能、抗菌性能和定向导热性能等，为凝胶器件在航空、电子、生物医学材料的应用奠定了基础。