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以无定形碳酸钙为原料的酶促矿化水凝胶快速合成超强韧的有机-无机双网络( Enzyme-induced mineralization of hydrogels with amorphous calcium carbonate for fast synthesis of ultrastiff, strong and tough organic–inorganic double networks )
Marko Milovanovic Lydia Mihailowitsch Mathusiha Santhirasegaran Volker Brandt Joerg C. Tiller
水凝胶具有良好的力学性能，在生物和医学领域具有重要的应用价值。双网络(DN)水凝胶是一种非常坚韧的材料。如果两个网络相中的一个是无机材料，则DN水凝胶也变得非常坚硬，而不失去韧性。到目前为止，这种有机-无机DN水凝胶的唯一例子是基于磷酸钙，它需要大约一周的时间才能通过酶诱导矿化形成无定形无机相。本研究设计了一种以无定形CaCO3为基础的有机-无机DN水凝胶，该水凝胶可在几小时内形成无机相。用尿素酶和尿素/CaCl2钙化介质诱导CaCO3在水凝胶中的沉淀。利用N-磷酰甲基甘氨酸(PMGly)的结晶抑制作用，保留了CaCO3的无定形特性。通过引入离子基团，实现了有机相与无机相之间通过可逆键的连接。以丙烯酰胺(AAm)与丙烯酸钠(SA)共聚，得到了高杨氏模量(455±80MPa)、高拉伸强度(3.4±0.7MPa)和高断裂韧性(1.1±0.2kJm2)的水溶胀型有机-无机DN水凝胶。通过形成基于有机相和无机相的双网络结构，可以将水凝胶的力学性能，如刚度和强度，提高几个数量级。其关键是通过N-（磷酸甲基）甘氨酸抑制沉淀的无定形CaCO3的结晶，用共聚丙烯酸钠控制纳米结构，形成一种渗滤的无定形无机相。这就产生了超、强、韧的有机-无机双网络水凝胶。
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