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水凝胶为吸水溶胀并能保持大量水分而不能溶解的三维网络聚合物。由于具有良好的生物相容性、透过性及载药不失活等特性,在组织工程及药物释放等生物医学领域得到了广泛的应用。本研究工作采用不同于传统化学交联制备水凝胶的方法,主要探讨在较温和的条件下,利用光聚合交联技术、超分子组装及超分子组装与光聚合交联相结合的方法,制备系列旨在改善生物相容性及机械性能的水凝胶体系。
利用光聚合交联技术制备半互穿网络水凝胶。首先,通过分子设计合成了水溶性丙烯酸酯封端的聚己内酯-聚乙二醇(PCL-PEG)大分子单体。在水溶液中,该大分子单体与羟丙基瓜尔胶(HPGG)在UV照射下经历快速光聚合形成半互穿网络水凝胶。利用FTIR、DSC、WAXD、溶胀性质、高级流变扩展系统(ARES)等对半互穿网络水凝胶的结构与性质进行了表征。最后,考察了半互穿网络水凝胶对牛血清蛋白(BSA)的释放模式。结果表明:羟丙基瓜尔胶及半互穿网络结构的引入降低了水凝胶中PEG链段的结晶性,改善了水凝胶的溶胀性能及溶胀状态下的机械性能,同时也降低了BSA的释放百分率。
利用两亲嵌段共聚物与环糊精在水溶液中组装制备超分子结构物理凝胶。首先,通过控制PEG与己内酯(CL)及丙交酯(LA)单体的摩尔投料比,合成系列水溶性PCL-PEG-PCL及PLA-PEG-PLA嵌段共聚物。在水溶液中,α-CD能与PCL-PEG-PCL共聚物快速组装形成凝胶,而与PLA-PEG-PLA则经历数小时的凝胶诱导期形成凝胶。广角X衍射证实,在水凝胶中含有α-CD至少“穿过”PCL-PEG-PCL嵌段共聚物中一个链段形成的结晶包合物结构。最后,通过流变性质研究发现:水凝胶呈现高度弹性行为,在测试频率范围内,所有水凝胶的储存模量(G)均高于其损耗模量(G”);在剪切力作用下,凝胶的粘度急剧下降,具有剪切变稀的特性;水凝胶的机械性能可由嵌段共聚物中PEG链段的分子量、嵌段共聚物的浓度及主客体摩尔投料比来调节。该水凝胶可望用作组织工程支架及可注射药物释放基质。
利用超分子组装及光聚合交联技术制备高强度超分子结构化学水凝胶。首先,合成了以PluronicF68为中心链段、己内酯齐聚物扩链并以丙烯酸酯封端的水溶性大分子单体。在水溶液中,α-CD及β-CD选择性地与上述大分子单体组装形成物理凝胶,该物理凝胶进一步可通过光聚合形成化学交联超分子结构水凝胶。利用FTIR、WAXD、TGA、DSC及动态流变、溶胀测试等对光聚合交联超分子结构水凝胶的结构与性能进行了表征。结果表明:水凝胶体系中含有环糊精与相应链段形成的结晶包合物结构,超分子包合物结构的引入改善了水凝胶的机械性能,随着水凝胶中环糊精组装数量的增加,水凝胶的溶胀性及热敏性下降,而机械性能提高。