هیدروژل های شبکه دوتایی
محورهای موضوعی : پليمرها و نانوفناوری
فاطمه رفیع منزلت
1
(دانشگاه اصفهان)
کلید واژه: هیدروژل های شبکه دوتایی, هیدروژل های چقرمه, شبکه های اتصال عرضی شده , خواص مکانیکی بالا,
چکیده مقاله :
تلاش برای ساخت هیدروژل هایی با خواص مکانیکی فوق العاده به ویژه با تحمل تنش فشاری زیاد در آغاز قرن بیست ویک، گسترش یافت. این هیدروژل ها به ویژه برای کاربردهایی مانند: غضروف و تاندون، ضدرسوب، حسگرها و محرک ها اهمیت دارند. از میان روش های ساخت هیدوژل های مقاوم مانند هیدروژل های نانوکامپوزیتی، هیدروژل های حلقه-لغزشی، و... هیدروژل های شبکه دوتایی (DN) به دلیل استحکام مکانیکی و چقرمگی مکانیکی بسیار زیاد توجه خاصی را به خود جلب کرده اند که در مقایسه با هیدروژل های تک شبکه ای معمولی، سازوکار شکست داخلی متفاوت و در نتیجه چقرمگی و استحکام فوق العاده ای دارند. این هیدروژل ها طبقه ی خاصی از هیدروژل های شبکه پلیمری درهم-نفوذی (IPN) هستند که از ترکیب شبکه ی سخت و شکننده با شبکه ی نرم و انعطاف پذیر درهم نفوذ کرده، تشکیل شده اند. شبکه ی سخت اول مسئول خواص استحکامی و شبکه ی انعطاف پذیر دوم، مسئول جذب موثر انرژی ترک است تا از رشد میکروسکوپی ترک جلوگیری کند. هیدروژل های DN برخلاف هیدروژل های معمولی، باوجود محتوی آب زیاد، خواص مکانیکی قابل مقایسه با غضروف های مفصلی و لاستیک های صنعتی دارند که به علت ساختار کاملاً متضاد و منحصربه فرد و گره خوردگی قوی این شبکه های دوگانه است. در این مقاله مروری به معرفی هیدروژل های DN، روش های ساخت، جنبه های ساختاری و کاربرد آن ها پرداخته می شود.
-
1. Chen P., Wu R., Wang J., Liu Y., Ding C., Xu S., One-pot Preparation of Ultrastrong Double Network Hydrogels, Polymer Research, 19, 1-4, 2012.
2. Yang J., Shi F. K., Gong C., Xie X. M., Dual Cross-linked Networks Hydrogels with Unique Swelling Behavior and High Mechanical Strength: Based on Silica Nanoparticle and Hydrophobic Association, Colloid and Interface Science, 381, 107-115, 2012.
3. Bu Y., Shen H., Yang F., Yang Y., Wang X., Wu D., Construction of Tough, in Situ Forming Double-network Hydrogels with Good Biocompatibility, ACS Applied Materials & Interfaces, 9, 2205-2212, 2017.
4. Shi Z., Li Y., Chen X., Han H., Yang G., Double Network Bacterial Cellulose Hydrogel to Build a Biology–Device Interface, Nanoscale, 6, 970-977, 2014.
5. Haque M. A., Kurokawa T., Gong J. P., Super Tough Double Network Hydrogels and Their Application as Biomaterials, Polymer, 53, 1805-1822, 2012.
6. Gong J. P., Katsuyama Y., Kurokawa T., Osada Y., Double‐network Hydrogels with Extremely High Mechanical Strength, Advanced Materials, 15, 1155-1158, 2003.
7. Gong J. P., Why are Double Network Hydrogels so Tough?, Soft Matter, 6, 2583-2590, 2010.
8. Chen Q., Chen H., Zhu L., Zheng J., Fundamentals of Double Network Hydrogels, Journal of Materials Chemistry B, 3, 3654-3676, 2015.
9. Nakajima T., Sato H., ZhaoY., Kawahara S., Kurokawa T., Sugahara K., Gong J. P., A universal Molecular Stent Method to Toughen any Hydrogels Based on Double Network Concept, Advanced Functional Materials, 22, 4426-4432, 2012.
10. Matsuda T., Nakajima T., Fukuda Y., Hong W., Sakai T., Gong J. P., Yielding criteria of double network hydrogels, Macromolecules, 49, 1865-1872, 2016.
11. Zhuang Y., Yu F., Chen H., Zheng J., Ma J., Chen J., Alginate/Graphene Double-network Nanocomposite Hydrogel Beads with Low-swelling, Enhanced Mechanical Properties, and Enhanced Adsorption Capacity, Journal of Materials Chemistry A, 4, 10885-10892, 2016.
12. Chen Q., Zhu L., Zhao C., Wang Q., Zheng J., A Robust, One-pot Synthesis of Highly Mechanical and Recoverable Double Network Hydrogels Using Thermoreversible Sol-gel Polysaccharide, Advanced Materials, 25, 4171-4176, 2015.
13. Bakarich S. E., Beirne S., Wallace G. G., Spinks G. M., Extrusion Printing of Ionic–covalent Entanglement Hydrogels with High Toughness, Materials Chemistry B, 1, 4939-4946, 2013.
14. Ota T., Yoshida K., Tase T., Sato K., Tanaka M., Saito A., Furukawa H., Influence of 3D-Printing Conditions on Physical Properties of Hydrogel Objects, Mechanical Engineering Journal, 5, 17-00538. 2018.
15. Nakajima T., Takedomi N., Kurokawa T., Furukawa H., Gong J. P., A Facile Method for Synthesizing Free-shaped and Tough Double Network Hydrogels Using Physically Crosslinked Poly (Vinyl Alcohol) as an Internal Mold, Polymer Chemistry, 1, 693-697, 2010.
16. Sun J. Y., Zhao X., Illeperuma W. R., Chaudhuri O., Oh K. H., Mooney D. J., Suo Z., Highly Stretchable and Tough Hydrogels, Nature, 489, 133-136, 2012.
17. Li J., Suo, Z., Vlassak J. J., Stiff Strong, and Tough Hydrogels with Good Chemical Stability, Journal of Materials Chemistry B, 2, 6708-6713, 2014.
18. Haque M. A., Kurokawa T., Kamita G., Gong J. P., Lamellar Bilayers as Reversible Sacrificial Bonds to Toughen Hydrogel: Hysteresis, Self-recovery, Fatigue Resistance, and Crack Blunting, Macromolecules, 44, 8916-8924, 2011.
19. Hu J., Hiwatashi K., Kurokawa T., Liang S. M., Wu Z. L., Gong J. P., Microgel-reinforced Hydrogel Films with High Mechanical Strength and Their Visible Mesoscale Fracture Structure, Macromolecules, 44, 7775-7781, 2011.
20. Lin S., Cao C., Wang Q., Gonzalez M., Dolbow J. E., Zhao, X., Design of Stiff, Tough and Stretchy Hydrogel Composites Via Nanoscale Hybrid Crosslinking and Macroscale Fiber Reinforcement, Soft matter, 10, 7519-7527, 2014.
21. Zhu L., Xiong C. M., Tang X. F., Wang L. J., Peng K., Yang H. Y., A Double Network Hydrogel with High Mechanical Strength and Shape Memory Properties, Chinese Journal of Chemical Physics, 31, 350-358, 2018.
22. Chen Y., Qiao S., Yu, J., Wang Y., Zhu J., Hu Z., A Novel Dual Responsive Nanocomposite Double Network Hydrogel with Good Mechanical Property, In IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 186, 012042, 2018.
23. Gu Z., Huang K., Luo Y., Zhang L., Kuang T., Chen, Z., Liao G., Double Network Hydrogel for Tssue Engineering. Wiley Interdisciplinary Reviews, Nanomedicine and Nanobiotechnology, 10, e1520, 2018.
24. Bae K. H., Wang L. S., Kurisawa M., Injectable Biodegradable Hydrogels: Progress and Challenges, Journal of Materials Chemistry B, 1, 5371-5388, 2013.
25. Chen H., Chen Q., Hu,R., Wang H., Newby B. M. Z., Chang Y., Zheng J., Mechanically Strong Hybrid Double Network Hydrogels with Antifouling Properties, Journal of Materials Chemistry B, 3, 5426-5435, 2015.
26. Ying Z., Wang Q., Xie J., Li B., Lin X., Hui S., Novel Electrically-conductive Electro-Responsive Hydrogels for Smart Actuators with a Carbon-nanotube-enriched Three-dimensional Conductive Network and a Physical-phase-type Three-dimensional interpenetrating Network, Journal of Materials Chemistry C, 8, 4192-4205, 2020.