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《Nature》子刊:愛美人士的福音,水凝膠家族又添新成員
2019-07-24 10:43:38 | 【 【打印】【關閉】

  水凝膠 是一類獨特的材料,具有可調的理化和生物特性,非常適合各種生物醫學應用。雖然其交聯的三維網絡結構中含有大量的水,但仍然表現得像一個彈性固體。水凝膠是通過聚合物(天然或合成)和其他小分子的化學(共價)交聯或物理(非共價)交聯來合成的。物理交聯的水凝膠避免了有毒化學交聯試劑的使用,由于其固有的可逆性和物理相互作用的動力學特性,引起了科研工作者的極大興趣。物理自組裝凝膠網絡的動態性質可以防止微觀結構的永久解離并促進自愈。水凝膠的自愈特性已在不同的物理交聯方法中呈現現出來,例如疏水相互作用、氫鍵、靜電相互作用和主客體相互作用。物理自組裝水凝膠也可以在據外部刺激(如:溶劑性質、pH、氧化還原、光和溫度)下形成。在這些刺激-響應體系中,熱響應水凝膠 在室溫升至生理溫度的過程中實現了溶膠-凝膠的轉變,這對于生物應用來說是非常理想的轉變。

  兩親性有機水凝膠 近年來成為研究熱點,乳液基有機水凝膠更一種是非常理想的材料,只需通過輕度溶解即可很容易地負載生物活性化合物,避免了對生物活性成分的化學改性。采用乳化的方式可以形成兩相域(如油相和水相),乳化的過程根據能耗的高低分為高能耗和低能耗兩種類型。 納米乳液(尺寸約為100納米)可以高效,簡便的將極性和非極性功能性生物分子封裝在一起。先前制備的納米乳液由于成分的細胞毒性和工藝難以實現放大生產,限制了納米乳液的應用。近日,美國馬薩諸塞理工學院化學工程系 Seyed Meysam Hashemnejad教授 課題組報道了一種使用 FDA認證的Pluronic共聚物(PEO-PPO-PEO)作為凝膠劑 來熱固化水包油納米乳液的方法。在環境溫度下,懸浮液表現出類液體行為,并在高溫下迅速變成彈性凝膠。該凝膠體系的性能可以通過多種因素進行調節。相關工作以題目為“Thermoresponsive nanoemulsion-based gel synthesizedthrough a low-energy process”發表在《Nature communications》上。

  

 

  亮點 

  1、該水凝膠體系中的凝膠劑選擇了美國食品藥品監督管理局(FDA)認證的化合物-- Pluronic共聚物(PEO-PPO-PEO),納米乳液中不含有細胞毒性的成分,制備的有機水凝膠中所用成分的生物相容性和水凝膠的可調力學性能使其成為一種有前途的熱凝膠體系,在醫藥或化妝品等領域具有應用潛力。 

  2、納米乳液的制備采用了一種 低能耗的工藝 ,提供了一種有效的放大途徑。

  3、提出了 一種獨特的凝膠機理 -凝膠劑Pluronic共聚物在納米乳液液滴界面上的熱誘導吸附與水溶液中膠束濃度增加的協同作用誘導產生凝膠。 

  圖文解析 

  圖1.納米乳液體系的原理圖和提出的凝膠機理 

  

 

  a,采用低能耗法制備的水包油納米乳液(包含油相、表面活性劑(Tween80和Span80, HLB = 13)、助表面活性劑(PEG400));b,向納米乳液懸浮液中添加Pluronic溶液,賦予乳液熱響應行為,Pluronic的濃度為4.7%wt;c,50℃,通過Pluronic中的PPO組分吸附在液滴界面上形成凝膠,Pluronic和水溶液中過量的乳化劑形成混合膠束。

  圖2.納米乳液凝膠的流變行為。標準水凝膠體系中含有20%肉豆蔻酸異丙酯作為油相,20%表面活性劑作為乳化劑(Tween80和Span80, HLB = 13),5%PEG400,4.7%Pluronic(F127/F68:6/1g/g),50.3%去離子水,所有濃度均以質量百分比表示。液滴體積分數()為0.24,流體動力油相液滴直徑為53 nm。

  

 

  a,小振幅振蕩剪切溫度梯度實驗中,動態模量在10℃到50℃溫度范圍內的變化,升溫速率2°C/min,虛線表示G′和G〃相交的位置;b,不同溫度下的線性粘彈譜圖;c,含凝膠樣品的倒置玻璃瓶的光學圖像,上圖為低于20℃時,下圖為高于50℃時。

  圖3.消除基線后的微差示掃描量熱曲線。 

  

 

  a,不同共聚物濃度下F127/F68(6/1g/g)水溶液的DSC曲線;b,Pluronic溶液、清洗后的納米乳液以及下層清夜的DSC曲線。加入Pluronic溶液之前,將納米乳狀懸浮液離心,過濾水相(下層清液)中的油相(上層清液)。b圖中的虛線表示1.2%Pluronic溶液的吸熱峰。

  全文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41467-019-10749-1

  來源:高分子科學前沿、網易號

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