Dual Physically Cross-Linked κ-Carrageenan-Based Double Network Hydrogels with Superior Self-Healing Performance for Biomedical Application

自愈水凝胶 材料科学 生物相容性 自愈 韧性 极限抗拉强度 复合材料 生物医学工程 化学工程 纳米技术 高分子化学 医学 工程类 病理 冶金 替代医学
作者
Yi Deng,Min Huang,Dan Sun,Yi Hou,Yubao Li,Taosheng Dong,Xiaohong Wang,Li Zhang,Weizhong Yang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:10 (43): 37544-37554 被引量:156
标识
DOI:10.1021/acsami.8b15385
摘要

Chemically linked double network (DN) hydrogels display extraordinary mechanical attributes but mostly suffer from poor self-healing property and unsatisfactory biocompatibility due to the irreversible breaks in their chemical-linked networks and the use of toxic chemical cross-linking agents. To address these limitations, we developed a novel κ-carrageenan/polyacrylamide (KC/PAM) DN hydrogel through a dual physical-cross-linking strategy, with the ductile, hydrophobically associated PAM being the first network, and the rigid potassium ion (K+) cross-linked KC being the second network. The dual physically cross-linked DN (DPC-DN) hydrogels with optimized KC concentration exhibit excellent fracture tensile stress (1320 ± 46 kPa) and toughness (fracture energy: 6900 ± 280 kJ/m3), comparable to those fully chemically linked DN hydrogels and physically chemically cross-linked hybrid DN hydrogels. Moreover, because of their unique dual physical-cross-linking structures, the KC/PAM hydrogels also demonstrated rapid self-recovery, remarkable notch-insensitivity, self-healing capability, as well as excellent cytocompatibility toward stem cells. Accordingly, this work presents a new strategy toward fabricating self-repairing DPC-DN hydrogels with outstanding mechanical behaviors and biocompatibility. The new type of DN hydrogels demonstrates strong potentiality in many challenging biomedical applications such as artificial diaphragm, tendon, and cartilage.
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