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牛奶蛋白驱动粘韧水凝胶

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粘性水凝胶能够广泛应用到伤口敷料、医用电极、组织粘合剂和可穿戴设备等领域。然而对于水凝胶而言,韧性和粘性往往是一对矛盾体,得到既粘又韧的水凝胶仍然存在一定的挑战。近日,长春工业大学高光辉教授(独立通讯作者)课题组提出了牛奶蛋白驱动粘韧水凝胶概念,成功地获得了具有优异粘性和机械强度的水凝胶。相关工作以A tough, stretchable and extensively sticky hydrogeldriven by milk protein 为题发表在 Polymer Chemistry 杂志上。该论文的第一作者为硕士研究生许健宇。

蛋白质是一种良好的生物相容性材料,含有大量的氨基酸残基。我们猜测将蛋白质引入到水凝胶中通过物理相互作用,包括氢键、疏水相互作用、金属络合和静电作用,使得蛋白质赋予水凝胶优异粘结性能。干酪素又称酪蛋白,是一种牛奶中的一种蛋白质,约占牛奶中蛋白总量的80%。干酪素在水合状态下以胶束结构存在,此外,干酪素胶束可以通过多肽链外部区域之间物理相互作用形成网络。因此,通过将干酪素作为蛋白质模型引入到水凝胶体系中得到了机械性能良好的粘性水凝胶。

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此外,干酪素-聚丙烯酰胺水凝胶对不同材料粘结强度如图2所示。在剥离力测试中,这种水凝胶对铝、玻璃、硅胶、钛、猪皮、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯等材料表现出不同的粘结强度。

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更具有实际应用价值的是,这种粘韧水凝胶具有反复粘结性能,能够在铝表面反复剥离80次,仍具有一定的粘性。

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这种粘韧水凝胶展示出广域的粘结性能,包括聚四氟乙烯、塑料、橡胶、玻璃、金属、木头等材料,也包括小鼠的心、肝、脾、肺、肾、骨骼和肌肉等生物组织,甚至能够轻松粘起约2kg重物,且贴到手腕处时不会限制手腕的弯曲活动。

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这种牛奶蛋白粘韧水凝胶有望应用到伤口敷料、医用电极、组织粘合剂等生物医学领域,也将为设计下一代粘韧材料开辟一条新的方向。




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