1、聚乙烯醇(PVA)水凝膠有較好的彈性和潤滑性、高含水量及特殊的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，同時(shí)它也具有良好的生物相容性，是很有前途的關(guān)節(jié)軟骨修復(fù)材料。但單一的PVA水凝膠并不能滿足生物材料的應(yīng)用要求，比如力學(xué)性能還不能滿足軟骨組織工程需求，有較高的固體腫瘤誘導(dǎo)性，較難的細(xì)胞黏附性等缺點(diǎn)。為改善PVA的性能，將其與其它天然材料或具有生物功能的材料復(fù)合得到復(fù)合水凝膠是有效方法之一。結(jié)冷膠是(Gellan Gum，縮寫GG)是一種由革蘭陰性好氧桿菌少動(dòng)鞘氨

2、醇單胞菌產(chǎn)生的陰離子型線型胞外多糖。由于結(jié)冷膠具有良好的生物相容性，高細(xì)胞培養(yǎng)存活率，可調(diào)節(jié)的力學(xué)性能等優(yōu)點(diǎn)，它越來越受到組織工程的重視。在二價(jià)或多價(jià)陽離子存在的情況下，結(jié)冷膠不僅能屏蔽掉自身靜電排斥還能與陽離子形成較強(qiáng)的離子鍵，使得水凝膠變得又硬又脆。PVA和GG各自的優(yōu)點(diǎn)具有互補(bǔ)性。本文探討了合成PVA-GG-陽離子復(fù)合水凝膠的方法，通過對(duì)其結(jié)構(gòu)、力學(xué)、熱力學(xué)等性能的研究，獲得水凝膠結(jié)構(gòu)與性質(zhì)關(guān)系的信息，以用于生物材料的研究。

3、>　　本論文的研究主要包括以下三個(gè)方面：
　　1.通過循環(huán)冷凍-解凍的方法制備了PVA水凝膠、PVA-GG水凝膠、和PVA-GG-Ca2+復(fù)合水凝膠。含水量及SEM斷面結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：結(jié)冷膠的加入提高了復(fù)合水凝膠的含水量，增大了復(fù)合水凝膠的孔隙結(jié)構(gòu)，而鈣離子和結(jié)冷膠對(duì)PVA的共同作用，使得復(fù)合水凝膠孔隙結(jié)構(gòu)更加緊密規(guī)整。XRD和FT-IR結(jié)果顯示：結(jié)冷膠和鈣離子的作用并未導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生新的化學(xué)鍵或產(chǎn)生新的晶型峰。流變和拉伸

4、性能的測(cè)試結(jié)果表明：PVA-GG-Ca2+的力學(xué)性質(zhì)明顯高于PVA和PVA-GG水凝膠。熱分析實(shí)驗(yàn)表明：隨著GG含量的增加，導(dǎo)致PVA的熔融焓和結(jié)晶度減少；當(dāng)Ca2+參加交聯(lián)，導(dǎo)致PVA-GG-Ca2+復(fù)合水凝膠具有更好的熱穩(wěn)定性；DSC失水動(dòng)力學(xué)研究表明：加入GG使PVA的失水活化能和擴(kuò)散活化能有所減少，進(jìn)一步加入Ca2+卻使復(fù)合水凝膠的失水活化能和擴(kuò)散活化能提高。失水動(dòng)力學(xué)研究反映出Ca2+的引入使得復(fù)合水凝膠內(nèi)分子相互作用力得到增

5、強(qiáng)。溶脹動(dòng)力學(xué)研究結(jié)果表明：隨著GG的增加，在不同介質(zhì)中的水凝膠的溶脹速率常數(shù)(k)和溶脹平衡常數(shù)(We)都是上升的，表現(xiàn)出GG有較好的保水性；當(dāng)進(jìn)一步有Ca2+參加交聯(lián)的情況下，k和We則減小。這與Ca2+的引入使得復(fù)合水凝膠更加緊密的結(jié)構(gòu)是一致的。綜合上述研究結(jié)果得出結(jié)論：PVA-GG-Ca2+水凝膠具有更好的結(jié)構(gòu)、力學(xué)和熱力學(xué)性能。
　　2.通過循環(huán)冷凍-解凍的方法制備了PVA、PVA-GG和PVA-GG-Al3+復(fù)合水凝膠

6、。含水量及SEM斷面結(jié)構(gòu)表明：結(jié)冷膠的加入提高了復(fù)合水凝膠的含水量，增大了復(fù)合水凝膠的孔隙結(jié)構(gòu)；鋁離子和結(jié)冷膠對(duì)PVA的共同作用，使得復(fù)合水凝膠孔隙結(jié)構(gòu)更加緊密規(guī)整。XRD和FT-IR結(jié)果顯示：結(jié)冷膠和鋁離子的作用并未導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生新的化學(xué)鍵或產(chǎn)生新的晶型峰。流變和拉伸性能測(cè)試結(jié)果表明：PVA-GG-Al3+的力學(xué)性質(zhì)明顯高于PVA和PVA-GG水凝膠，當(dāng)結(jié)冷膠含量為1.5％時(shí)力學(xué)性質(zhì)最佳。熱分析結(jié)果顯示：隨著GG含量的增加，PVA

7、的熔融焓和結(jié)晶度減少；而PVA-GG-Al3+復(fù)合水凝膠卻有更好的熱穩(wěn)定性。DSC失水動(dòng)力學(xué)研究表明：GG的加入使得PVA的失水活化能和擴(kuò)散活化能有所減少，但Al3+的加入?yún)s使復(fù)合水凝膠的失水活化能和擴(kuò)散活化能提高，表明分子在復(fù)合水凝膠中的作用力得到增強(qiáng)。溶脹動(dòng)力學(xué)表明：隨著GG的增加，在不同介質(zhì)中水凝膠的溶脹速率常數(shù)(k)和溶脹平衡常數(shù)(We)都是上升的，表現(xiàn)出GG有較好的保水性；當(dāng)有Al3+存在的情況下，復(fù)合水凝膠的k和We比對(duì)應(yīng)的

8、PVA-GG要小。這些現(xiàn)象表明PVA-GG-Al3+復(fù)合水凝膠具有更好的結(jié)構(gòu)、力學(xué)和熱力學(xué)性能。
　　3.通過循環(huán)冷凍-解凍的方法制備了PVA、PVA-GG和PVA-GG-Mg2+復(fù)合水凝膠。Mg2+對(duì)PVA-GG水凝膠結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的影響與Ca2+、Al3+的影響相似，即：陽離子參加PVA-GG交聯(lián)，導(dǎo)致孔隙結(jié)構(gòu)更加緊密規(guī)整，力學(xué)性能增強(qiáng)，熱穩(wěn)定性增強(qiáng)，失水活化能和擴(kuò)散活化能提高。PVA-GG混合水凝膠通過正離子交聯(lián)，有效的改善了材