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

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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:184
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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