ACS Nano:结合催化制备基于木质素的仿生的、坚韧的、可黏连的、自修复的、抗菌的水凝胶
The following article is from 吕华课题组 Author LH Group
海洋贻贝在潮湿的表面具有很强的吸附能力,研究发现这一特性主要依赖于其足丝的粘附蛋白,该蛋白含有大量的邻苯二酚结构。木质素也具有大量的邻苯二酚结构,是构成植物细胞壁的成分之一,是植物界中储量仅次于纤维素的第二大生物质材料资源,也是芳香族化合物中少有的可再生资源之一,全球每年产量约5000万吨。本文作者基于木质素制备了仿生的水凝胶,以期获得可粘附材料。
图1. 水凝胶构成及原理示意图
作者将银铵离子([Ag(NH3)2]+)与木质素混合,得到银-木质素纳米粒子,然后加入能够产生自由基的过硫酸铵(Ammonium persulphate,APS),以及聚丙烯酸(poly(acrylic acid),PAA)。在APS的作用下,Ag+氧化成Ag2+,同时PAA脱羧形成共价交联的网络;另一方面木质素上发生醌-邻苯二酚氧化还原反应,银-木质素纳米粒子通过氢键与PAA共价交联网络相互作用,从而形成目的凝胶。
图2. 水凝胶的粘附作用
如图2所示,单纯的PAA水凝胶(乳白色)没有组织粘附作用,加入硝酸银而非银-木质素纳米粒子的水凝胶(黄色)也没有组织粘附作用。本文作者设计的水凝胶(棕褐色)粘附作用非常好,不仅在组织上有好的粘附作用,在手套上、玻璃瓶上、聚丙烯盖子上、不锈钢材料上,都具有粘附作用。
图3. 水凝胶的机械性能
该水凝胶(图3上)的机械性能也十分出色,即使压缩90%也能够恢复初始大小。单纯的PAA水凝胶(图3下)在同样的条件下,直接被压碎而无法复原。与此同时水凝胶的拉伸性能也很好,从初始的20 mm能够拉伸到40 mm,伸长100%而未发生断裂。
图4. 水凝胶的自修复效果
该水凝胶也具有自修复的能力。如图4所示,将水凝胶切成两瓣,再将其相互贴近,则立马发生自修复,又能形成一块完整的水凝胶。
此外,该水凝胶还具有一定的抗菌作用,作者推测可能是因为银离子的存在。作者也在3T3成纤维细胞上进行了细胞毒性实验,发现10 μg/mL的水凝胶几乎没有细胞毒性,100 μg/mL的水凝胶细胞存活率为70%。
综上,本文作者结合两种催化反应制备了基于木质素的仿生的、坚韧的、可黏连的、自修复的、抗菌的多功能水凝胶。
该篇文章以“Combined Catalysis for Engineering Bioinspired, Lignin-Based, Long-Lasting, Adhesive, Self-Mending, Antimicrobial Hydrogels”为题发表在ACS Nano上。通讯作者是瑞典乌普萨拉大学的Samson Afewerki,Chao Xu,以及Maria Strømme教授。
原文链接:
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c06346
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