高强度水凝胶的制备及生物活性物质在其表面粘附行为研究

摘要

水凝胶是一种含有大量水的三维网络聚合物，因其具有表面摩擦系数低、高弹性、高渗透性、可与外界环境之间进行物质交换和良好的生物相容性等优点，在各个领域受到了极大的关注。但是水凝胶的机械强度和稳定性差，在很大程度上限制了它的应用，因此制备高强度的水凝胶具有重要意义。本文采用两步法利用AMPS和AAm单体合成高强度双网络水凝胶(PAMPS/PAAm)，并利用PEG、PVA对双网络水凝胶改性，研究了PEG、PVA对水凝胶强度及抗海洋微藻和人体细胞粘附性能的影响，为水凝胶材料在减粘防污领域的应用提供理论依据。主要研究内容包括：
　　 ⑴研究了不同单体浓度对水凝胶机械性能和溶胀性能的影响。结果表明，当CAMPS=1mol/L，CAAm=4mol/L时，合成的PAMPS/PAAm的双网络水凝胶的压缩强度达到最大值12.5Mpa，压缩变形率90％，SEM照片显示出1p4a水凝胶网络的网格大小均一，分布均匀，呈蜂窝状结构。随着单体浓度的增加网络网格尺寸减小，水凝胶的溶胀率是呈现逐渐降低的趋势。
　　 ⑵研究了PEG、PVA对水凝胶强度、溶胀性能以及内部结构的影响。结果表明，加入PEG的双网络(DN)水凝胶的压缩强度略有下降、压缩变形率有所提高；PVA使DN网络水凝胶的机械性能得到改善，最大压缩强度达到18.26MPa，压缩变形率达到98.7%；水凝胶的溶胀率随着PEG、PVA加入量的增加逐渐增加，吸水能力逐渐增强；PEG和PVA的加入可改变水凝胶网络的内部结构，SEM照片显示，PEG改性水凝胶的表面光滑，存在着一些小孔洞和均匀分布的PEG颗粒；PVA改性水凝胶的表面存在一些褶皱和一些微网络结构，尺寸约1到几个微米不等，内嵌在主体网络结构中，随着PVA含量的增加微网络结构愈加明显完整，形成了主体网络和微网络并存的结构，网络之间相互牵连相互制约，使水凝胶强度得到改善。
　　 ⑶利用实验室培养海洋微藻和实海挂样的方法研究了水凝胶的防污性能，微藻粘附量从大到小依次为：PDMS>硅胶>PTFE>DN水凝胶>PEG-DN水凝胶>PVA-DN水凝胶，实海挂样水凝胶表面粘附少量贻贝，证明PEG、PVA改性水凝胶材料具有较好的防污性能；细胞在水凝胶表面的粘附结果：悬浮生长NB4细胞和贴壁生长A549细胞在PVA-DN水凝胶表面表面几乎没有粘附任何细胞，PVA-DN水凝胶抗细胞粘附性最好，可以用来制备3D构架体外研究细胞的迁移穿越行为和进行细胞共培养。