1、水凝膠是一類由親水性高分子或聚合物形成的高含水量軟材料，能夠模擬細(xì)胞外基質(zhì)的三維微環(huán)境，對(duì)細(xì)胞行為、組織功能進(jìn)行調(diào)控，在生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。但是，傳統(tǒng)水凝膠由于其較高含水量而力學(xué)性能差;而一般超強(qiáng)水凝膠缺乏細(xì)胞親和性和組織粘附性，無法完全滿足臨床需求。近年來，具有優(yōu)異粘附性的仿貽貝材料的出現(xiàn)為設(shè)計(jì)新型自粘附水凝膠提供思路。本論文基于仿貽貝粘附機(jī)理，研發(fā)了多種具有自粘附、自愈合、導(dǎo)電、細(xì)胞親和性等多功能的超強(qiáng)水凝膠，具體分為

2、以下幾部分內(nèi)容:
　　(1)用于組織修復(fù)的理想型水凝膠應(yīng)該具備天然生物體組織擁有的性能，特別是高韌性和自愈能力，類似皮膚和肌肉組織能夠承受循環(huán)負(fù)載;且具有良好的細(xì)胞親和性和組織粘附性，在植入體內(nèi)后能與周圍組織發(fā)生良好的整合。本研究采用堿性含氧環(huán)境預(yù)聚合多巴胺單體形成聚多巴胺聚集體，并將其與丙烯酰胺單體混合，通過自由基聚合反應(yīng)形成具有細(xì)胞親和性的超強(qiáng)水凝膠。該水凝膠的形成過程防止了多巴胺的過度氧化，從而在水凝膠中維持了足夠多的自由酚

3、羥基，賦予水凝膠良好的組織粘附性。另外，該水凝膠還具有超拉伸性能和高韌性等優(yōu)異的力學(xué)性能;且受損后在無外界刺激條件下能夠自愈合。體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)和體內(nèi)全層皮膚缺損實(shí)驗(yàn)證明，該水凝膠有利于細(xì)胞粘附、增殖，還能夠促進(jìn)組織再生。此外，該P(yáng)DA-PAM水凝膠中的PDA能夠修飾各種多功能納米顆粒，并將其引入PAM網(wǎng)絡(luò)中，形成具有優(yōu)異性能的多功能水凝膠，如磁性自愈合超拉伸水凝膠、導(dǎo)電自愈合自粘附水凝膠。因此，該水凝膠的應(yīng)用范圍可以被廣泛的延伸，如在磁和

4、電療法中或許有潛在的應(yīng)用。
　　(2)具有粘附性的水凝膠在皮膚修復(fù)、傷口敷料、傷口縫合、和可穿戴設(shè)備等多個(gè)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。然而，現(xiàn)有的粘附型水凝膠大多力學(xué)性能較差，且粘附性通常是一次性的。制備兼具持久粘附性和優(yōu)良力學(xué)性能的用于反復(fù)對(duì)此多次粘附的水凝膠目前仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。本研究受海水環(huán)境中貽貝粘附行為的啟發(fā)，采用二維層狀納米粘土產(chǎn)生仿海水環(huán)境，介導(dǎo)多巴胺氧化，制備了超強(qiáng)自粘附水凝膠。多巴胺插層到納米粘土的層間，層間的納米空間

5、模擬貽貝粘附盤有限的空間，能夠防止多巴胺過度氧化，因而形成的聚多巴胺保留有大量的酚羥基。因此，本研究制備的自粘附水凝膠不同于以往的單次使用的粘附性水凝膠，能夠具有可重復(fù)性和耐用性。另外，納米粘土在水凝膠形成過程中被插層，可作為功能型納米增強(qiáng)劑，賦予水凝膠優(yōu)異的力學(xué)性能。體外細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)表明水凝膠具有良好的細(xì)胞親和性能夠促進(jìn)細(xì)胞粘附和增殖。體內(nèi)全層皮膚缺損實(shí)驗(yàn)證明該水凝膠能夠促進(jìn)皮膚組織的再生。本研究制備的具有自粘附性、細(xì)胞親和性、生物相

6、容性的超強(qiáng)水凝膠能夠作為皮膚敷料用于替代傳統(tǒng)粘合劑。
　　(3)粘多糖是軟骨細(xì)胞外基質(zhì)的主要組分，并可維持軟骨細(xì)胞的主要功能，因此粘多糖基水凝膠被廣泛應(yīng)用于軟骨修復(fù)。然而，目前報(bào)道的粘多糖基水凝膠大多強(qiáng)度較弱，且粘多糖本身的負(fù)電荷不利于細(xì)胞的粘附和組織再生。本研究結(jié)合了具有細(xì)胞親和性的仿貽貝聚多巴胺和軟骨細(xì)胞外基質(zhì)主要成分硫酸軟骨素，制備了在無需外源性生長(zhǎng)因子條件下用于軟骨修復(fù)的水凝膠。該水凝膠是通過將聚多巴胺和硫酸軟骨素形成的復(fù)

7、合物摻入彈性的聚丙烯酰胺網(wǎng)絡(luò)中而形成的。由于在聚多巴胺和硫酸軟骨素復(fù)合物中存在動(dòng)態(tài)的非共價(jià)相互作用，因此，水凝膠具有良好的壓縮性能、可回復(fù)性、以及高韌性，能夠滿足軟骨修復(fù)的力學(xué)性能要求。體外軟骨細(xì)胞和骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞培養(yǎng)及體內(nèi)膝關(guān)節(jié)軟骨缺損模型實(shí)驗(yàn)證明，具有細(xì)胞親和性和組織粘附性的PDA與能夠維持軟骨細(xì)胞功能、表型和誘導(dǎo)干細(xì)胞向軟骨分化的硫酸軟骨素，發(fā)揮協(xié)同作用，提供仿軟骨細(xì)胞外基質(zhì)的微環(huán)境，促進(jìn)軟骨缺損的修復(fù)。
　　(4)柔性導(dǎo)

8、電材料被廣泛的應(yīng)用于生物電極、可穿戴或植入電子設(shè)備等生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。但目前還沒有一種理想的自粘附超強(qiáng)導(dǎo)電水凝膠能夠滿足實(shí)際應(yīng)用需要。氧化石墨烯具有豐富的官能團(tuán)，能夠在水溶液中均勻分散，被廣泛引入水凝膠體系，以提高水凝膠力學(xué)性能。但是，氧化石墨烯(GO)不導(dǎo)電。另一方面，石墨烯(rGO/G)已被用于制造具有超高導(dǎo)電性的石墨烯氣凝膠，但石墨烯納米片在水溶液中易于團(tuán)聚，限制石墨烯增強(qiáng)水凝膠的力學(xué)性能和導(dǎo)電性。本研究采用PDA部分還原GO，并形成

9、GO/rGO復(fù)合增強(qiáng)的仿貽貝超強(qiáng)導(dǎo)電自粘附水凝膠，可作為柔性導(dǎo)電材料應(yīng)用于多種環(huán)境。通過控制PDA和GO之間的相互作用，保證GO僅被PDA部分還原成GO和rGO的混合物(pGO)。PDA原位還原的pGO不僅在水凝膠中分散均勻，可以提高水凝膠的力學(xué)性能，還可賦予水凝膠良好的導(dǎo)電性。而水凝膠中的PDA組分在還原GO后還存留酚羥基，賦予水凝膠良好的組織粘性。所以，與常規(guī)的導(dǎo)電水凝膠不同，本研究制備的水凝膠不需要額外的粘附膠帶，可直接粘附在肌體

10、上檢測(cè)人體生理信號(hào)。另外，水凝膠具有良好的細(xì)胞相容性和細(xì)胞親和性。結(jié)合水凝膠的導(dǎo)電性，在電刺激作用下，水凝膠可以對(duì)細(xì)胞行為進(jìn)行調(diào)控。這種導(dǎo)電自粘附水凝膠還可以作為生物電子器件植入體內(nèi)研究活體組織行為。本研究解決了水凝膠導(dǎo)電性與細(xì)胞親和性難以兼具的難題，優(yōu)化得到了具有良好的形變和韌性、導(dǎo)電性、自粘附、自修復(fù)性能和生物相容性的水凝膠，其具有作為生物電子器件的潛力。
　　(5)導(dǎo)電水凝膠雖然有廣泛的應(yīng)用前景，但目前其最大的局限是對(duì)環(huán)境敏

11、感，在低溫或高溫、甚至長(zhǎng)時(shí)間放置后，由于水分丟失，導(dǎo)致其性能減弱。本研究基于量子力學(xué)計(jì)算指導(dǎo)，通過精心設(shè)計(jì)反應(yīng)體系，以丙三醇-水二元混合溶劑替代傳統(tǒng)水凝膠中的單一水溶劑;并受貽貝粘附啟發(fā)，采用聚多巴胺對(duì)碳納米管表面修飾，將其復(fù)合于高分子網(wǎng)絡(luò)，制備了抗凍、耐熱、導(dǎo)電、超強(qiáng)、自粘附水凝膠。該醇/水混合凝膠網(wǎng)絡(luò)中的丙三醇與水之間強(qiáng)大的氫鍵作用使水分子牢固地錨定在聚合物網(wǎng)絡(luò)中，使得該醇/水混合凝膠具有抗凍、耐熱性以及長(zhǎng)期穩(wěn)定性。動(dòng)物燒傷、凍傷模