高性能双交联网络水凝胶的可控构筑

Double-network hydrogels possess excellent mechanical properties. However, due to their unique structures of highly asymmetric double networks, traditional formation methods are very difficult to realize precise control of their structures and properties. We previously developed a novel controlled-crosslinking strategy for preparing hydrogels with customized structures and properties. In this proposal, we will apply the controlled-crosslinking strategy to constructing double-network hydrogels with controllable crosslinking degree, adjustable structures and tailor-made properties. In detail, we will design and produce several typical double-network hydrogels through integrating a controlled crosslinking network and the other physically or chemically crosslinking network. By manipulating the components, ratios and structures of the networks as well as crosslinking sequence to optimize mechanical properties of hydrogels, highly stretchable and tough double-network hydrogels could be produced. Further, we will develop biomedical double-network hydrogels via suitable functional modification like introduction of stimulus-responsive groups or loading/combining drugs and growth factors in the hydrogel matrix, and preliminarily explore their applications in drug delivery system, wound dressing and tissue filling materials et al. The expected results of the proposal should promote exploration of novel double-network hydrogels with high performance for various biomedical applications.

双交联网络水凝胶具有优异的力学性能，然而由于其独特的高度非对称双网络结构，传统制备方法难于实现其结构和性能的精确调控。我们之前的研究工作发展了一个可控交联新策略，制备了结构和性能可调的水凝胶。本项目的研究目标是将可控交联策略应用于构筑交联度和结构可控的双交联网络水凝胶，实现凝胶性能和功能的调控。主要研究内容是设计制备若干典型的由物理交联或化学交联作为第一网络和可控化学交联作为另一网络相结合的双网络水凝胶，通过操控交联网络组分及比例、交联先后顺序、网络结构的紧实程度优化凝胶的力学性能，构筑高强高韧及生物相容的双网络水凝胶；通过引入外界刺激响应基团以及高效负载/结合药物和生长因子的功能改性，获得具有良好生物相容和环境响应性的医用水凝胶，初步探索其用于药物传输体系、伤口敷料、组织填充等方面的应用。预计相关的研究成果将为新型高性能双网络水凝胶的构筑及应用研究奠定基础。

双交联网络水凝胶具有优异的力学性能，在生物医用领域具有广泛的应用。然而传统制备方法难于实现其结构和性能的精确调控。我们之前的研究工作发展了一个可控交联新策略，制备了结构和性能可调的水凝胶。本项目的研究目标是将可控交联策略应用于构筑交联度和结构可控的双交联网络水凝胶，实现凝胶性能和功能的调控。通过引入外界刺激响应基团以及高效负载/结合药物和生长因子的功能改性，获得具有良好生物相容和环境响应性的医用水凝胶，初步探索其用于药物传输体系、伤口敷料、组织填充等方面的应用。.项目的主要研究内容是通过可控交联化学网络与典型的物理交联或化学交联网络结合协同构建双交联网络水凝胶，通过调节网络组分及成胶条件优化凝胶的力学性能，实现高强高韧双交联网络水凝胶的可控制备。针对不同应用需求，调节交联网络结构，构建具有良好稳定性或生物相容和可降解的双网络水凝胶，探索其在伤口敷料、组织填充等方面的应用。项目研究已达到预期目标，发表了21篇通讯文章，获得中文发明专利授权2项。.我们设计合成了一系列二硫键连接的核/壳结构两亲性前驱体聚合物分子，通过控制pH或紫外光照条件实现其凝胶的可控制备。探索了凝胶粒子组装微观机制，深入阐述了可控凝胶化过程中结构与性能的关系。运用可控制备的纳米凝胶作为模板，层层包裹上不同的功能材料，制备多种不同层数不同功能的纳米粒子，研究了其在骨缺损治疗方面的应用。在此基础上，我们将可控交联网络与典型的物理交联或化学交联网络相结合协同构建高强可控双交联网络水凝胶。通过调节网络结构的种类和结构以及成胶条件，实现了其力学性能、稳定性/降解性以及生物功能的调控，初步探究了高强水凝胶在组织修复和治疗骨缺损方面的应用。