仿生自修复水基润滑关节软骨及其自修复和摩擦机理研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51905305
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    26.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0505.机械摩擦学与表面技术
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Developing self-healing, water-based lubricant and coatings is critical for preparing new types of artificial joints with prolonged service life. The objective of this project is to develop economic, biocompatible, shear thickening, 3D-printed tough polymer hydrogel material and coatings, based on novel biomimetic systems (inspired by articular cartilage), to significantly decrease the friction and abrasion at interfaces and allow higher sustainability during sliding for soft materials, to elucidate the intrinsic aqueous-lubrication mechanism at the nano-, micro- and macro-scale. The intermolecular forces, contact mechanics and hydrodynamic lubrication of the tough hydrogel will be systematically probed, with the self-healing mechanism and models being established. The above interactions will be theoretically modeled to correlate the lubrication performances of the obtained artificial articular cartilage layers with the hydration of polymer chains at interfaces. The proposed research addresses the enhancement of the strength of polymer hydrogels and associated friction reduction capability, and it contributes to the development of artificial human cartilage, soft robot and actuators for engineering applications.
开发具有自修复功能的水基润滑关节软骨材料以及涂层有助于制备新型人工关节并延长其使用寿命。本项目拟结合3D打印技术制备经济、具有良好生物相容性的仿生自修复、高强度、剪切增韧的水凝胶关节软骨及涂层,降低人工关节界面间的摩擦与磨损,延长软物质材料的使用寿命。系统研究该强韧水凝胶软骨的纳米接触力学、承载作用、液动润滑和组分间的相互作用力,初步建立水基润滑水凝胶软骨的自修复理论模型,重点研究水凝胶软骨材料的宏观-微观-纳观跨尺度摩擦行为与摩擦作用机理,深入理解高分子材料的水合效应在水基润滑中的摩擦作用机制,丰富和发展摩擦学设计理论。预期本项目的研究成果对于制备高强度的软体自修复材料有着重要指导作用,为设计新型人工关节、软体机器人、软体制动器等应用提供重要理论依据和技术支撑。

结项摘要

软物质材料的制备与应用对开发新型人工关节、软体机器人、软体制动器具有重要意义。项目以聚丙烯酰胺、聚二甲氧基硅氧烷等软材料为主要研究对象,通过引入超支化聚乙烯亚胺、六亚甲基二异氰酸酯、多元醇等组分,成功制备了几类机械性能可调节的,具有自修复、界面粘附、水基润滑特性的功能凝胶网络与高分子弹性体。作为软材料研究的工程应用实例,系统研究了凝胶在温度和应变传感方面的性能。开发了具有自修复功能的水基润滑涂层,通过流变、摩擦磨损试验研究了网络自修复、摩擦力、摩擦系数与高分子网络结构、化学组分以及摩擦参数的关系。重点研究了关节软骨等水基润滑体系在高-低速剪切突变过程中,水凝胶摩擦润滑行为的时间效应,建立了凝胶水基润滑作用的边界模型。项目取得的成果有助于丰富和发展摩擦学理论。在项目资助下,累计共发表同行评议的SCI学术论文15篇,申请并授权国家发明专利3项。

项目成果

期刊论文数量(15)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(3)
Manufacturing and post-engineering strategies of hydrogel actuators and sensors: From materials to interfaces
水凝胶执行器和传感器的制造和后工程策略:从材料到界面
  • DOI:
    10.1016/j.cis.2022.102749
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Advances in Colloids and Interface Science
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Yiming Zhao;Jiuyu Cui;Xiaoyong Qiu;Yonggan Yan;Zekai Zhang;Kezhong Fang;Yu Yang;Xiaolai Zhang;Jun Huang
  • 通讯作者:
    Jun Huang
Substrate-independent, mechanically tunable, and scalable gelatin methacryloyl hydrogel coating with drag-reducing and anti - freezing properties
不依赖于基材、机械可调且可扩展的明胶甲基丙烯酰水凝胶涂层,具有减阻和抗冻特性
  • DOI:
    10.1021/acsapm.2c00482
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    ACS Applied Polymer Materials
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Luxing Wei;Jun Huang;Yonggan Yan;Jiuyu Cui;Yiming Zhao;Fuxiang Bai;Jing Liu;Xunwei Wu;Xiaolai Zhang;Mengcheng Du
  • 通讯作者:
    Mengcheng Du
Investigation of the time-dependent friction behavior of polyacrylamide hydrogels
聚丙烯酰胺水凝胶随时间变化的摩擦行为的研究
  • DOI:
    10.1016/j.colsurfa.2022.130753
  • 发表时间:
    2022-12
  • 期刊:
    Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Xiaoyong Qiu;Yonggan Yan;Guimin Zhang;Jun Huang;Yiming Zhao;Xianglai Xia;Xin Cui;Xiaolai Zhang
  • 通讯作者:
    Xiaolai Zhang
Probing the interaction forces between bitumen- coated mineral surfaces with implications for the removal of fine solids from oil oroduct: effect of solvent
探讨沥青涂层矿物表面之间的相互作用力及其对从石油产品中去除细小固体的影响:溶剂的影响
  • DOI:
    10.2118/212280-pa
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    SPE Journal
  • 影响因子:
    3.6
  • 作者:
    Mengjiao Cao;Yiming Zhao;Yong Hu;Yining Wu;Chenyu Qiao;Changlong Liu;Caili Dai;Qi Liu;Hongbo Zeng;Jun Huang
  • 通讯作者:
    Jun Huang
A strong underwater adhesive that totally cured in water
一种在水中完全固化的强力水下粘合剂
  • DOI:
    10.1016/j.cej.2021.133460
  • 发表时间:
    2021-11
  • 期刊:
    Chemical Engineering Journal
  • 影响因子:
    15.1
  • 作者:
    YongganYan;Jun Huang;Xiaoyong Qiu;Dexuan Zhuang;Hanlian Liu;Chuanzhen Huang;Xunwei Wu
  • 通讯作者:
    Xunwei Wu

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    黄俊
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  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
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  • 作者:
    黄俊;申邵洪
  • 通讯作者:
    申邵洪

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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