透明质酸多糖自聚集物理水凝胶的形成机理和流变学研究

多糖水凝胶在生物医药、食品、化妆品、化工等领域有广泛而重要的应用。透明质酸（HA）由葡萄糖醛酸和乙酰氨基葡萄糖双糖重复单元组成，是唯一几乎存在于从细菌到人类所有动物体中的线性粘多糖，在生物体内起着重要的生理作用。本项目提出了一种保持天然生物相容性、无毒性化学交联剂，无官能团化学改性的透明质酸物理水凝胶用作生物材料的新理念。以透明质酸在特定条件下形成自聚集物理交联水凝胶为突破口，利用多种实验手段系统研究和揭示透明质酸分子构象-分子间相互作用-流变学性质之间的关系和规律，阐明透明质酸自交联机制，建立自交联理论模型。特别是通过流变学手段与电化学技术的结合为疏水作用的确定和分子间相互作用的甄别提供新的理论解释，深化物理水凝胶的形成机理理论，为粘多糖类物理水凝胶结构和功能关系的阐明及其潜在的生物应用提供理论依据和技术支持。

整个研究工作按计划进行，未有大的调整，不仅完成了所有既定的研究内容、实现了预期目标，研究范围还有扩展。我们首先采用粘度法、CG-MALLS、SEC-MALLS、AFlFFF-MALLS和水平琼脂糖凝胶电泳法五种方法对一系列不同来源透明质酸样品在可比的条件下进行了系统的对比研究，表征了其分子量及分子量分布、分子尺寸、分子构象，阐明了不同表征技术手段用于透明质酸分子参数表征的优缺点。其次，基于标度理论和本构模型对透明质酸溶液的流变学行为进行了深入研究，采用线性Maxwell本构粘弹模型以及非线性PTT和Giesekus粘弹本构模型定量描述了透明质酸溶液的线性和非线性粘弹性行为，还基于物理标度定律详细研究讨论了透明质酸浓度对流变参数的影响。我们特别阐明了透明质酸自聚集物理交联水凝胶的凝胶机理和影响因素，所制备的物理水凝胶保持了天然大分子的生物相容性，制备中无毒性化学交联剂的应用，也不涉及官能团的化学改性。此外，还开展了透明质酸/聚乙烯醇/纳米银复合物理凝胶及其抗菌性研究，两亲性的芘-透明质酸调控的杂化凝胶材料、芘-透明质酸修饰的单层/多层石墨烯的制备及其表面负载金属纳米颗粒的研究。本研究利用多种实验手段系统研究和揭示了透明质酸分子构象-分子间相互作用-流变学性质之间的关系和规律，阐明了自交联机制，深化了物理水凝胶的形成机理理论，为透明质酸物理水凝胶结构和功能关系的阐明及其潜在的作为生物材料的应用提供了理论依据和技术支持。