摘要
水凝胶是一种具有三维网状结构的复合软物质材料，因其具有良好的吸水、保水、药物释放和导电等性能，被广泛应用电子皮肤、可穿戴设备、组织工程和伤口愈合等多个领域。然而传统的水凝胶存在机械性能差、易遭到外界刺激损坏，使用寿命短和材料功能性低等问题。在此背景下，将来源广泛、可持续发展和环境友好的天然生物质材料加入到传统水凝胶的合成中，以此改善水凝胶的网络结构或赋予其新的功能特性，逐渐成为解决上述问题的一种有效方法。浒苔多糖(SPE)是从绿藻浒苔中提取出的一种天然高分子聚合物，具有抗肿瘤、抗凝血、抗氧化和免疫调节等多种生物活性。此外，由于SPE中含有大量的羟基、羧基和硫酸盐，为水凝胶的合成提供了大量的反应位点，但关于SPE水凝胶的报道很少。本论文选取SPE为原料与有机试剂结合，制备三种功能性水凝胶，并对其结构和性能进行分析，具体内容如下： 1、选用SPE、丙烯酸和AlCl3.6H2O，通过简单的一锅热聚合法制备了双网络互穿水凝胶(PAA-Al3+-SPE3)，并对其化学结构、形貌特征、机械性能、自愈性、粘附性和导电性进行研究。随着SPE浓度的增加，该凝胶的拉伸强度和压缩强度逐渐增加，当SPE浓度为3%时，其伸长率、应变应力和抗压强度分别为4027.40%、59.94kPa和19.71Mpa，能够承受80%的压缩而不破裂，在压力释放后恢复至原形。由于存在可逆的氢键和金属配位作用，PAA-Al3+-SPE3具有良好的自愈合性能(在60s后自主修复)和自粘附性(31.11kPa)。此外，PAA-Al3+-SPE3水凝胶具有很好的导电性(GF=6.76，300%-700%)和实时传感性能，可以监测各种运动。 2、为提高水凝胶的机械性能，选用SPE、聚乙烯醇(PVA)、硼砂和AlCl3.6H2O为主要原料采用循环冻融法制备三维超网络结构水凝胶(PVA-B-Al3+-SPE6)并研究该水凝胶的化学结构、形貌特征、机械性能和导电性。当SPE的浓度为6%时，水凝胶的拉伸强度和拉伸韧性分别为310kPa和2.13MJ/m3，抗压强度和压缩韧性分别为0.82Mpa和54.2MJ/m3，经过五次循环压缩，在压力释放后仍恢复至原形。同时测试了循环凝胶的能量耗散，结果表明水凝胶的网络结构是逐级耗散。此外，PVA-B-Al3+-SPE6水凝胶具有良好的导电稳定性和实时传感性能，可以检测多种大小幅度的运动，以上结果表明，PVA-B-Al3+-SPE6水凝胶可作为一种良好的传感材料应用到人体健康检测领域。 3、为探究SPE在其它领域的应用潜力，选用SPE、PVA和硼砂为原料通过循环冻融法制备了一种双网络结构水凝胶(C2-PVA-B-SPE4)，对其进行化学结构分析、形貌表征、机械性能、溶胀性、载药和释药的研究。当SPE浓度为4wt%时，PVA-B-SPE4水凝胶的拉伸强度为41.04kPa。对其经过二次冻融循环后得到C2-PVA-B-SPE4水凝胶，拉伸强度为145.86kPa。室温下，PVA-B-SPE4和C2-PVA-B-SPE4水凝胶经过0.5h和2.5h后自愈率均达到95%以上，综合自愈率和机械强度最终选择C2-PVA-B-SPE4水凝胶用于后续庆大霉素的载药研究。C2-PVA-B-SPE4在pH=7.4的PBS缓冲液中溶胀率最大，为992%，同时，具有良好的药物释放能力，释放率最高为82%。细菌培养试验表明负载在水凝胶上的药物仍保持原来的活性，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率均在95%以上。以上结果表明，多功能的C2-PVA-B-SPE4水凝胶是药物输送载体和伤口敷料的理想材料。
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