可注射水凝胶因与人体组织高度的相似性且可快速原位交联成型,在组织工程、药物控释、生物传感等领域具有广泛的应用。但水凝胶动态稳定性较差,在人体持续低剪切力作用下极易被破坏,而后随着体液的稀释流失,因此如何提高水凝胶力学性能是可注射水凝胶领域研究的重点。本课题采用天然大分子基的纳米淀粉粒子(SNPs)作为补强材料,以天然可降解的醛化糊精作为大分子交联剂,利用醛肼交联反应,制备了具有温敏性和解交联性的补强型可注射聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)复合水凝胶。论文主要工作如下:1. PNIPAM前驱体poly(NIPAM-co-AA)-hdz的制备与表征。首先以N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)为主单体、丙烯酸(AA)为功能单体,通过自由基聚合,制备了 poly(NIPAM-co-AA)聚合物;然后在偶联剂作用下,通过己二酸二酰肼(ADH)的肼基与poly(NIPAM-co-AA)侧链羧基的脱水缩合反应,制备了肼基化共聚物poly(NIPAM-co-AA)-hdz。用傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、凝胶渗透色谱仪(GPC)对聚合物的结构、分子量及其分布进行了表征;用电导滴定法对聚合物的羧基含量进行了测定,并计算了聚合物的肼基化率。结果表明,当NIPAM与AA质量比为2:1时,poly(NIPAM-co-AA)的数均分子量 19100 g·mol-1,重均分子量 38300 g·mol-1(PDI=2.00),低于人体肾截留分子量;poly(NIPAM-co-AA)-hdz肼基化率高达 98.9%,肼基含量为 39.81 ×10-4mol·g-1。2.大分子交联剂醛化糊精的制备与表征。以天然、无毒且可降解的糊精为原料,高碘酸钠(NaI04)为氧化剂,制备了一系列不同醛基含量的醛化糊精。考察了反应温度、反应时间及氧化剂用量对醛基化率的影响,并用电导滴定法测定了醛化糊精中的醛基含量,用FTIR对醛基化前后聚合物的结构进行了表征。结果表明,可通过控制氧化剂NaI04与醛化糊精邻位羟基的比例来控制醛化糊精的氧化度;当糊精与高碘酸钠质量比为15:8时,醛化糊精中醛基含量为40.30×10-4mol·g-1,醛基化率为80.9%。3.补强剂纳米淀粉粒子SNPs的制备与表征。以天然多糖淀粉为原料,硼酸为交联剂,Span 80为表面活性剂,采用反相微乳液法制备了一系列不同粒径及粒径分布的SNPs。考察了混合溶剂比例与用量、表面活性剂和交联剂用量、反应温度及反应时间对SNPs粒径及粒径分布的影响;分别用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、Zeta电位及激光粒度仪对SNPs形貌、水中分散性、粒径及其分布进行了表征。结果表明,表面活性剂用量越多、交联剂用量越少,SNPs的粒径越小。当表面活性剂占混合溶剂的2.0%、交联剂用量为淀粉质量的0.05%时,可制得平均粒径56-100 nm,多分散系数0.229的SNPs。4.水凝胶的制备与表征。以SNPs为补强材料,以醛化糊精为大分子交联剂,在37℃下通过醛肼交联反应制备了复合型PNIPAM复合水凝胶。考察了醛肼基团的含量、PNIPAM前驱体poly(NIPAM-co-AA)-hdz溶液浓度和大分子交联剂醛化糊精溶液浓度等对水凝胶固化成型时间的影响,并用SEM对经二氧化碳超临界干燥后的补强水凝胶进行了形貌表征。结果表明,水凝胶干燥后微观结构为多孔的三维网状结构,形状为球形的SNPs均匀分布于三维网络中。前驱体聚合物poly(NIPAM-co-AA)-hdz的溶液浓度越大,水凝胶成型时间越短;随着温度的升高,水凝胶交联反应时间先降低后升高。5.水凝胶的性能测试。本实验对制备的水凝胶及经SNPs补强后的复合水凝胶进行了动态模量、温敏性、解交联性、药物缓释性、细胞毒性的测试。(1)动态模量。用平行板流变仪对SNPs复合前后的水凝胶储能模量(G’)进行了测定。考察了前驱体poly(NIPAM-co-AA)-hdz聚合物和醛化糊精浓度对未复合的水凝胶储能模量的影响;考察了 SNPs用量对复合后的复合水凝胶储能模量的影响。结果表明,前驱体聚合物浓度在4.5-11.0 wt%之间时,随着前驱体聚合物浓度增大,未复合水凝胶的动态模量依次升高。且当前驱体聚合物浓度为9.0 wt %时,水凝胶成型速率较快。此外,当醛化糊精溶液浓度在0.5-4.0wt%之间时,随着SNPs用量增大,复合后的水凝胶的储能模量呈现先增大后减小的趋势,其中在粒子浓度为1.5 wt %时,复合水凝胶的动态模量达到最大值399.2 KPa。比较粒子复合前后动态模量测试结果可知,前驱体聚合物浓度为9.0 wt %时,未复合的水凝胶储能模量为89.6 KPa,粒子补强后的复合水凝胶的储能模量最高达399.2 KPa,储能模量提高了 343.4%,动态稳定性提高显著。(2)温敏性能。在PBS溶液中,于25℃和37℃的交替温度下,进行了该醛肼交联型PNIPAM水凝胶的温敏性能的研究。结果表明,SNPs的引入使复合水凝胶的吸水率下降;但无论是未复合的PNIPAM水凝胶,还是粒子复合后的PNIPAM水凝胶,在25℃和37℃的交替温度下均表现出良好的温敏性,且在37℃温度下水凝胶呈现收缩状态。(3)解交联性能。通过将水凝胶置于37℃的1.0mol·L-1、0.5mol·L-1和0.1 mol·L-1的HC1溶液中,研究了水凝胶的解交联性能和机理。考察了H+浓度和SNPs的引入对水凝胶解交联性能的影响。结果表明,水凝胶在HCl溶液中表现出良好的解交联性能,且随着H+浓度的增大,水凝胶的解交联速率明显加快,但是SNPs的加入对水凝胶的解交联无明显影响。(4)药物缓释性能。采用广谱抗癌药盐酸阿霉素为负载药物,于37℃的PBS溶液中进行载药水凝胶的药物缓释性能研究。考察了药物浓度对载药水凝胶的药物缓释性能的影响,结果表明该类水凝胶对盐酸阿霉素表现出良好的缓释性能,且随着药物浓度增大,水凝胶的药物释放速率减慢。总体药物缓释时间达25天以上,药物缓释量最高达到95%以上。(5)细胞毒性。采用L929细胞,通过CCK-8法对水凝胶前驱体poly(NIPAM-co-AA)-hdz、大分子交联剂醛化糊精、补强剂SNPs及质量分数为9.0 wt %的水凝胶进行细胞毒性测试。考察了前驱体和大分子交联剂的聚合物浓度、SNPs浓度和细胞的种植方式对L929细胞增殖的影响,并用浸提液法考察了水凝胶的细胞毒性。结果表明,随着poly(NIPAM-co-AA)-hdz聚合物浓度的增大,聚合物对细胞增殖无明显影响;但浓度高于800μg·mL-1 的醛化糊精溶液却表现出明显的细胞毒性;SNPs对细胞增殖无明显影响。水凝胶的细胞毒性测试表明,实验组与空白组的细胞数量比值,第五天保持着0.73 ± 0.15,第七天保持着0.78 ± 0.18,实验组细胞有明显的持续增长。