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牛奶蛋白驅動粘韌水凝膠

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粘性水凝膠能夠廣泛應用到傷口敷料、醫用電極、組織粘合劑和可穿戴設備等領域。然而對于水凝膠而言,韌性和粘性往往是一對矛盾體,得到既粘又韌的水凝膠仍然存在一定的挑戰。近日,長春工業大學高光輝教授(獨立通訊作者)課題組提出了牛奶蛋白驅動粘韌水凝膠概念,成功地獲得了具有優異粘性和機械強度的水凝膠。相關工作以A tough, stretchable and extensively sticky hydrogeldriven by milk protein 為題發表在 Polymer Chemistry 雜志上。該論文的第一作者為碩士研究生許健宇

蛋白質是一種良好的生物相容性材料,含有大量的氨基酸殘基。我們猜測將蛋白質引入到水凝膠中通過物理相互作用,包括氫鍵、疏水相互作用、金屬絡合和靜電作用,使得蛋白質賦予水凝膠優異粘結性能。干酪素又稱酪蛋白,是一種牛奶中的一種蛋白質,約占牛奶中蛋白總量的80%。干酪素在水合狀態下以膠束結構存在,此外,干酪素膠束可以通過多肽鏈外部區域之間物理相互作用形成網絡。因此,通過將干酪素作為蛋白質模型引入到水凝膠體系中得到了機械性能良好的粘性水凝膠。

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此外,干酪素-聚丙烯酰胺水凝膠對不同材料粘結強度如圖2所示。在剝離力測試中,這種水凝膠對鋁、玻璃、硅膠、鈦、豬皮、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯等材料表現出不同的粘結強度。

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更具有實際應用價值的是,這種粘韌水凝膠具有反復粘結性能,能夠在鋁表面反復剝離80次,仍具有一定的粘性。

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這種粘韌水凝膠展示出廣域的粘結性能,包括聚四氟乙烯、塑料、橡膠、玻璃、金屬、木頭等材料,也包括小鼠的心、肝、脾、肺、腎、骨骼和肌肉等生物組織,甚至能夠輕松粘起約2kg重物,且貼到手腕處時不會限制手腕的彎曲活動。

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這種牛奶蛋白粘韌水凝膠有望應用到傷口敷料、醫用電極、組織粘合劑等生物醫學領域,也將為設計下一代粘韌材料開辟一條新的方向。




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