超支化聚缩水甘油基多尺度磁性凝胶的合成、性能及其后功能化研究

Magnetic gels have showed attractive application prospect in many fields because of their unique magnetic responsibility. Nowadays, the related research of magnetic gels has become one of popular fields of cutting-edge research. It is difficult to obtain magnetic gels that simultaneously possess excellent biocompatibility, good magnetic responsibility，high magnetic stability and abundant reactive groups by the previously reported approaches. From the perspective of material design, the hyperbranched polyglycerol (HPG), which possesses excellent biocompatibility and numerous hydroxyl groups, was chosen as polymer matrix in this project. The Fe3O4@HPG magnetic nanoparticles, whose surfaces contained HPG, were chosen as magnetic source. The HPG-based magnetic hydrogel or magnetic microgel that simultaneously possesses excellent performance and numerous hydroxyl groups will be synthesized by using chemical-crosslinking method based on the use of HPG matrix and Fe3O4@HPG magnetic source. In order to get the optimal synthesis condition, the influences of reaction conditions on the structure and properties of the magnetic gels will be investigated. In addition, HPG-based magnetic microgel will be chosen as a representative to study the post-functionalization of HPG-based magnetic gels. This project is expected to reveal the relationships between the structure and properties of HPG-based magnetic gels, thereby providing train of thought and synthetic approach for the synthesis of other novel functional gel materials. The realization of the goals of this project will forward the progress of the research of magnetic gel and hyperbranched polymer. The obtained results not only have academic innovation but also have important value for promoting the application of magnetic gels.

磁性凝胶由于其独特的磁场响应性，在多个领域显示出了诱人的应用前景，与其相关的研究是当今热门的前沿研究领域之一。本项目针对目前合成磁性凝胶时，存在难以获得兼具优异的生物相容性、良好的磁响应性和磁稳定性、丰富的反应性基团等特点的磁性凝胶的问题，从材料设计角度出发，选用具有优异生物相容性和多羟基的超支化聚缩水甘油（HPG）为聚合物基体，利用表面含有HPG的Fe3O4@HPG磁性纳米颗粒为磁源，采用化学交联法，合成出既具有优异的性能又含有丰富的表面羟基的HPG基宏观磁性水凝胶和磁性微凝胶；提出反应条件对磁性凝胶结构和性能的影响机制，获得最佳合成条件；选用磁性微凝胶为代表进行后功能化研究；揭示HPG基磁性凝胶结构和性能之间的关系，为其他功能性凝胶材料的设计和制备提供思路和方法支持。本项目目标的实现，将有力促进磁性凝胶和超支化聚合物的研究，成果不仅具有学术创新性，而且对推动磁性凝胶的应用具有重要价值。

磁性凝胶由于结合了凝胶材料和磁性材料的特点，在多个领域显示出了诱人的应用前景。本项目针对目前合成磁性凝胶时，存在难以获得兼具优异的生物相容性、良好的磁响应性和磁稳定性、丰富的反应性基团等特点的磁性凝胶的问题，选用具有优异生物相容性和多羟基的超支化聚缩水甘油（HPG）为聚合物基体，合成出了一系列既具有良好的磁性能又含有丰富的表面羟基的HPG基磁性凝胶材料。通过本项目研究，我们建立了采用点击化学来合成HPG基磁性凝胶材料的方法，考察了反应条件对磁性凝胶材料结构和性能的影响，提出了HPG基磁性凝胶的合成机制，揭示了HPG基磁性凝胶材料结构和性能之间的关系，提出了HPG基磁性凝胶材料性能调控的方法。以HPG基磁性微凝胶为代表研究了HPG基磁性凝胶的后功能化，建立了利用后功能化反应来调控HPG基磁性凝胶材料性能的方法。根据制得的HPG基磁性凝胶的性能特点，研究了其在染料吸附、重金属离子吸附、催化、药物输送等不同领域的应用。此外，本项目还在多功能的HPG基磁性凝胶材料和基于其他多羟基聚合物（如聚乙烯醇、天然超支化桃胶多糖等）的磁性凝胶材料的制备和性能调控方面进行了研究，拓展了新的研究方向。目前，部分研究结果已经发表SCI收录论文19篇，其中影响因子大于4.0有10篇，影响因子大于6.0的有4篇，发表的论文被引用290余次，还有一部分研究结果正在投稿或补充实验数据过程中，这些成果将对推动磁性凝胶材料研究的新一轮发展产生积极意义。同时，在本项目的资助下，申请中国发明专利1项；发表会议论文1篇；培养硕士研究生5人，其中已毕业4人，在读1人；利用部分研究成果为基础获得了广西自然科学杰出青年基金资助；建立了一支在超支化高分子纳米复合材料方面有一定特色、年轻勤奋和具有良好团队精神的科研团队。