抗菌水凝胶的机械性能差被认为是其在很多应用中的一个障碍。本文通过物理和化学交联成功地制备出一种新型双网络结构的壳聚糖基水凝胶，即壳聚糖/聚丙烯酰胺-[2-(甲基丙烯酰氧基)乙基]三甲基氯化铵水凝胶，其机械性能与聚丙烯酰胺的含量呈正比，抗菌能力与季铵盐化合物的含量也成正比。通过对聚丙烯酰胺和季铵盐化合物的优化，当比例为5:5时，机械力达到530.72 ± 3.19 kPa，对E. coli和L. monocytogenes的抑菌率分别为76.6%（40 mg的冻干样本）和72.85%（20 mg的冻干样本）。本研究中的具有出色的机械性能和抗菌性能的水凝胶，对于各种应用具有潜在的前景。

本文亮点

1.成功制备物理和化学交联的双重网络结构的壳聚糖基水凝胶。

2.聚丙烯酰胺网络给制备的复合水凝胶提供了出色的机械力。

3.季铵盐化合物被成功交联到制备的水凝胶中。

4.季铵盐化合物显著增强了壳聚糖基水凝胶的抗菌能力。

  抗菌水凝胶的机械性能差被认为是其在很多应用中的一个障碍。康涅狄格大学Yangchao Luo团队利用物理和化学交联成功地制备出一种新型双网络结构的壳聚糖/聚丙烯酰胺-[2-(甲基丙烯酰氧基)乙基]三甲基氯化铵水凝胶。具体地，通过丙烯酰胺和季铵盐化合物的自由基聚合反应形成一层化学网络，壳聚糖的存在形成一层氢键为主的物理网络。通过调整丙烯酰胺和季铵盐的比例，得到最理想的机械力和抗菌能力。结果显示，当比例为5:5时，机械力达到530.72 ± 3.19 kPa，对E. coli和L. monocytogenes的抑菌率分别为76.6%（40 mg的冻干样本）和72.85%（20 mg的冻干样本）。本研究中的具有出色的机械性能和抗菌性能的水凝胶，对于各种应用具有潜在的前景。

Ⅰ 水凝胶的形成

图1. (a)复合水凝胶的制备原理。(b)制备好的水凝胶图片

ⅠI  水凝胶的机械力和流变性质

图2. (a)不同复合水凝胶的压缩测试过程展示图。(b)复合水凝胶的应力-应变曲线。(c)从应力-应变曲线计算得出的复合水凝胶在85%应变下的压缩应力。(d)复合水凝胶的动态流变性能。

ⅠII  水凝胶的结构表征

图3. SEM显微照片不同放大倍数下的水凝胶的微观结构：500倍放大（上图）和1000倍放大（下图）。

ⅠV 抗菌实验

  原文链接：

  Construction and characterization of chitosan/poly(acrylamide‐[2‐(methacryloyloxy)ethyl]trimethylammonium chloride) double‐network hydrogel with enhanced antibacterial activity

  Honglin Zhu, Tiangang Yang, Sunni Chen, Xinhao Wang1, Jie He, Yangchao Luo*

  Advanced Composites and Hybrid Materials (2023) 6:192 

  https://doi.org/10.1007/s42114-023-00773-7

作者简介

朱宏林

本文第一作者

康涅狄格大学 博士生

主要研究领域

壳聚糖基水凝胶的制备及其在污水处理中的应用

几丁质的提取及其利用

个人简介

康涅狄格大学营养科学博士生，在《International Journal of Biological Macromolecules》、《Advanced Composites and Hybrid Materials》、《Current Opinion in Food Science》、《Journal of Materials Chemistry B》、《Journal of Agriculture and Food Research》等国际高水平期刊发表SCI论文5篇。

罗阳超

本文通讯作者

美国康涅狄格大学 副教授

主要研究领域

天然高分子材料在营养，食品，以及农业方面的应用。

个人简介

罗阳超博士目前担任美国康涅狄格大学营养系的副教授。2012年获得美国马里大学博士学位，主要研究食品纳米与高分子材料，曾于2012-2013年在美国田纳西大学做博士后研究工作。近十年（2014-2023）期间，发表高水平SCI论文120余篇。目前担任Elsevier旗下International Journal of Biological Macromolecules副总编，Journal of Agriculture and Food Research主编。