Tough, self-healing, and injectable dynamic nanocomposite hydrogel based on gelatin and sodium alginate

纳米复合材料 明胶 材料科学 自愈水凝胶 韧性 壳聚糖 自愈 复合材料 化学工程 化学 高分子化学 有机化学 医学 工程类 病理 替代医学
作者
Li Gao,Yuan He,Yasir Aziz,Wei Wei,Xin Zhao,Yuan He,Jianhui Li,Haopeng Li,Hideyuki Miyatake,Yoshihiro Ito
出处
期刊:Carbohydrate Polymers [Elsevier BV]
卷期号:: 121812-121812 被引量:38
标识
DOI:10.1016/j.carbpol.2024.121812
摘要

Biomacromolecules based injectable and self-healing hydrogels possessing high mechanical properties have widespread potential in biomedical field. However, dynamic features are usually inversely proportional to toughness. It is challenging to simultaneously endow these properties to the hydrogels. Here, we fabricated an injectable nanocomposite hydrogel (CS-NPs@OSA-l-Gtn) combined with excellent autonomous self-healing performance and high mechanical strength by doping chitosan nanoparticles (CS-NPs) into dynamic polymer networks of oxidized sodium alginate (OSA) and gelatin (Gtn) in the presence of borax. The synergistic effect of the multiple reversible interactions combining dynamic covalent bonds (i.e., imine bond and borate ester bond) and noncovalent interactions (i.e., electrostatic interaction and hydrogen bond) provided effect energy dissipation to endure high fatigue resistance and cyclic loading. The hydrogel exhibited excellent mechanical properties like maximum 2.43 MPa compressive strength, 493.91 % fracture strain, and 89.54 kJ/m3 toughness. Moreover, the injected hydrogel could withstand 150 successive compressive cycles after self-healing. Besides, the bovine serum albumin embedded in CS-NPs could be sustained release from the nanocomposite hydrogel for 12 days. This study proposes a novel strategy to synthesize an injectable and self-healing hydrogel combined with excellent mechanical properties for designing high-strength natural carriers for sustained protein delivery.
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