基于多糖和聚两性离子的功能性水凝胶的制备与应用.pdf

基于多糖和聚两性离子的功能性水凝胶的制备与应用 基于多糖和聚两性离子的功能性水凝胶的制备与应用 摘 要 水凝胶是一类具有三维网状结构的聚合物，三维多孔网络结构和水凝胶中的 高含水量为细胞和组织的生长，组织和器官的修复和再生提供了极好的仿生环境。 壳聚糖（CS ）是唯一具有良好生物相容性和生物降解性的碱性多糖，在多价负 电性分子或阴离子存在下，可通过配位和二次相互作用形成CS 离子网络。两性 离子聚合物在分子链上均匀分布有等摩尔量的阴离子和阳离子基团。这种带相反 电荷的基团的组合赋予聚合物超亲水性，可用于防止非特异性蛋白质吸附并使细 菌或哺乳动物细胞粘附最小化。 在本文中，我们首先开发了一种新型的杂化离子-共价壳聚糖/聚磺基甜菜碱 （CS/PSBMA ）DN 水凝胶。壳聚糖通过多价阴离子物理交联，并起牺牲网络的 作用。SBMA 通过N ，N-亚甲基双丙烯酰胺（MBA ）化学交联。我们预期壳聚 糖网络的破坏将耗散能量，承受压力并在重排时恢复网络结构，以增强DN 凝胶 的机械性能。结果表明，杂化DN 凝胶具有优异的机械性能，快速的自恢复能力 和优异的抗疲劳性。更重要的是，除了 SBMA 的防污性能外，壳聚糖还具有杀 菌作用。因此，CS/PSBMA DN 凝胶具有很好的生物相容性，并显示出特殊的“排 斥和杀灭”特性。我们认为，这种杂化DN 水凝胶可在诸如人工结缔组织和可植 入设备等应用中找到巨大潜力。 由于化学交联的水凝胶存在永久性破坏的问题，我们希望通过可逆的化学键 或者物理作用来交联水凝胶，从而使其具有良好的自愈合性能，延长其使用寿命 以及拓宽其应用领域。然后我们通过简单的“一锅法”制备了一种双物理交联的 CS/PSBMA 水凝胶。CS 通过柠檬酸根离子交联形成第一物理网络，而SBMA 通 过疏水胶束交联形成第二物理网络。这种双物理交联的水凝胶具有良好的可拉伸 性（1100 %）和出色的自愈特性（室温静置24 h 后的拉伸强度恢复到91.1 % ）， 能够在同一缺口重复多次自我修复（7 次）并且可以很好地粘附在许多基材上， 并具有很高的应变灵敏度，可以在说话时检测到喉咙的细微变化。因此我们相信 这种水凝胶作为应变传感器在人体运动检测和健康监测中具有巨大的潜力。 关键词：双网络水凝胶，两性离子，壳聚糖，高强度，应变传感 I 基于多糖和聚两性离子的功能性水凝胶的制备与应用 PREPARATION AND APPLICATION OF FUNCTIONAL HYDROGEL BASED ON POLYSACCHARIDE AND POLYZWITTERION ABSTRACT Hydrogel is a typical kind of polymers with a three-dimensional network structure. The high water content and three-dimensional porous network structure provide an excellent biomimetic environment for cells, tissues and organs to grow, repair or regenerate. Chitosan (CS) is the only alkaline polysaccharide with good biocompatibility and biodegradability, which can form CS ion network by coordination and secondary interaction in the presence of multivalent electronegative molecules or anions. The zwitt