电活性生物水凝胶复合材料的互穿增韧与摩擦行为

本申请主要解决两个问题：1. 如何设计合成具电活性的生物水凝胶；2. 如何提高作为软骨组织工程支架的水凝胶材料力学强度并进行功能模拟，研究其摩擦行为。选择六元环串联壳聚糖为刚性网络、EG-co-LA为柔性网络设计，构筑互穿双网络水凝胶，通过应力在网络间转移和分散，实现增韧。设计合成环氧基或氯嗪基封端的苯胺低聚物为壳聚糖交联剂，在凝胶体系中引入电活性链段，获得兼具高韧性和电活性生物水凝胶复合材料，进行电活性与生物活性的关联研究。通过对EG-co-LA共聚物序列分布与长度的设计，与凝胶微孔结构的控制及交联密度的调节，改善凝胶力学强度和生物活性。在此基础上进行关节软骨功能模拟，设计交联密度呈纵向梯度分布的多孔可渗透凝胶层结构，研究复合凝胶材料的摩擦特性，特别是降解过程的摩擦行为。

Wichterle首次报道医用水凝胶以来，水凝胶在生物医学领域应用越来越广泛。但是高分子水凝胶含水量高时机械强度差，智能型水凝胶响应单一等缺点极大限制了其应用。我们知道，电磁场作用对体外培养的多种细胞增殖具有促进作用，力学刺激有利于软骨和成骨细胞获得正常生理功能，研究制备一种具电活性的生物水凝胶作为组织工程支架材料具有非常大的意义。本项目围绕电活性与多重敏感性高强度生物水凝胶复合材料的制备及相关性能展开研究，主要内容及结果如下：.（1）采用熔融本体聚合法制备了一系列聚乙二醇-聚乳酸嵌段共聚物，进一步与丙烯酰氯反应得到丙烯酸酯基封端的聚乙二醇-聚乳酸嵌段共聚物大单体（PEGLM）。以壳聚糖（CS）为刚性网络，PEGLM 为柔性网络，通过分步互穿技术构筑CS/PEGLM双网络（DN）结构来提高凝胶强度，探讨了壳聚糖交联度和含量、PEGLM中聚乙二醇分子量和聚乳酸的聚合度对凝胶结构和强度的影响。并提出其增韧模型。 .（2）在双网络水凝胶中，引入线型分子聚乙烯醇（PVA）构成DN-L结构，进一步提高凝胶强度。结果表明PVA以互穿缠结的形式均匀分布于壳聚糖网络和PEGLM网络中，适量的PVA可以提高凝胶强度。 .（3）在CS/PEGLM双网络凝胶中，原位合成聚吡咯制备电活性水凝胶。结果表明，引入聚吡咯后，凝胶的模量和电导率提高。综合考虑力学性能、电导率和电刺激响应性能，电活性水凝胶的最佳组成为壳聚糖的含量为10%，交联剂用量为0.1（g GA）/（g CS），聚吡咯的用量为8μL/mL。.（4）合成一系列不同分子量的聚乙二醇马来酸酐双酯（PEGmah），将其与丙烯酰胺原位自由基共聚得到复合水凝胶。探讨PEG 分子量、单体摩尔比、等因素对复合水凝胶结构、力学强度的影响以及凝胶的力学增强机理。结果表明采用油溶性交联剂和引发剂形成的非均相聚合体系，复合水凝胶的力学强度得到大幅度提高。 .（5）将甲基丙烯酸二甲氨基乙酯（DMAEMA）引入到复合水凝胶中，经原位自由基共聚合成PEGmah-AM-DMAEMA三元共聚水凝胶。该种凝胶具有较强的pH敏感性能、温度敏感性能和电场敏感性能。.（6）以壳聚糖（CS）为刚性网络，以PEGmah 与VP共聚物为柔性网络制备CS/PEGmah-VP双网络水凝胶，研究壳聚糖交联度、壳聚糖含量等因素对凝胶力学性能的影响，并研究凝胶的智能响应性。