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本工作主要是从聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAm)-锂藻土Laponite纳米复合水凝胶(NC凝胶)的形成、溶胀平衡凝胶在大应变下的力学性能以及凝胶表面的细胞培养和细胞片的自动脱附等方面对高韧性NC凝胶进行较系统的研究。研究基本思路是:借助荧光探针考察单体N-异丙基丙烯酰胺(NIPAm)分子与Laponite粒子之间的相互作用并跟踪探索NC凝胶的形成过程;通过单轴压缩和拉伸研究在水中溶胀平衡的NC凝胶的大应变力学行为,同时考察凝胶在不同溶剂或溶液中的溶胀行为;通过在NC凝胶中引入生物相容性组分促进细胞在凝胶表面增殖和脱附。本工作的主要内容和结果如下:1.利用荧光探针芘(pyrene)、芘甲胺基盐酸盐(PyMA·HCl)和萘甲胺(1-NpMA)对NIPAm单体在Laponite片层上的吸附进行了系统研究。我们通过提高离子强度和离心分离,证明了在Laponite XLS分散液中,绝大部分荧光探针PyMA·HCl可吸附到Laponite XLS片层上。用荧光探针激基缔合物、各向异性比及非辐射能量转移等方法证明了NIPAm分子在Laponite水分散液中被吸附到Laponite XLS片层上。2.利用荧光探针来跟踪NC凝胶的形成过程。不同单体NIPAm浓度的反应液在聚合过程中会出现透光率的突然下降,几分钟后又有不同程度的恢复,而荧光光谱在反应液透光率突变前后有较大变化,荧光光谱中激基缔合物峰的相对强度在透光率突变后显著增加。从荧光光谱结果可推断,聚合生成的高分子链吸附在Laponite片层周围,占据了片层上一定空间,使得吸附在Laponite片层上的荧光分子被挤压而靠近,从而形成荧光激基缔合物。我们推测NC凝胶聚合过程中透光率的变化与荧光光谱变化有一定联系,这为认识NC凝胶的交联结构提供了实验方法。3.通过压缩和拉伸实验研究了新制备和平衡溶胀的PNIPAm NC凝胶在大应变下的力学行为。成功使用Mooney-Rivlin方程的对单轴压缩的应力-应变曲线进行拟合;同时观察到NC凝胶有明显的应力硬化现象,此现象随着Laponite含量的增加而加强,而在凝胶溶胀后减弱,压缩过程中未出现凝胶破坏。溶胀凝胶伸长率高于200%,甚至可达450%,而传统化学交联水凝胶伸长率仅约100%,这说明NC凝胶即便在溶胀之后仍具有较高的伸长率。使用Mooney-Rivlin方程不能很好的拟合单轴拉伸实验结果,我们引入由一个upper-convected Maxwell (UCM)模型与一个Gent应变硬化模型并联而成的新模型,此模型可以很好的拟合拉伸及压缩实验结果。通过考察NC凝胶的压缩-恢复和拉伸-恢复行为,发现NC凝胶形变恢复过程中存在滞后现象,且滞后随着Laponite含量的增加而增强,凝胶溶胀后滞后现象减弱。NC凝胶滞后圈随着Laponite含量的增加而增大也说明凝胶的断裂能随Laponite含量的增加而增加。平衡溶胀凝胶的反复拉伸-恢复实验表明溶胀凝胶也可承受反复应力而不破坏,这为其在人造软骨或人造肌肉等反复受力材料中应用提供了可能。通过计算NC凝胶有效网链密度,我们发现NC凝胶的溶胀仅仅是初始交联网络的膨胀,而凝胶中的交联网络在溶胀过程中并未遭到破坏。计算得出刚制备的凝胶中每个Laponite片层上吸附的有效网链个数约为165,且基本不随Laponite浓度的改变而改变,这说明Laponite XLS在NC凝胶中做为多官能度交联点。4.考察了非离子型PNIPAm NC凝胶及离子型PNIPAm/丙烯酸钠(SA) NC凝胶在不同有机溶剂或有机溶剂水溶液中的溶胀行为及溶胀后力学性能。结果发现两种凝胶在非极性溶剂正己烷中均可稳定保存,未发生溶胀或收缩,力学强度基本不变。PNIPAm NC凝胶在乙醇水溶液中随着乙醇浓度的增加,表现出先收缩后溶胀的二次溶胀现象。在丙酮水溶液中则出现溶解和破碎的现象。PNIPAm/SA离子型NC凝胶在乙醇水溶液中没有出现二次溶胀现象,在乙醇浓度较低时,溶胀比随着SA含量的增加而增加;但在乙醇浓度较高时,溶胀比随着SA含量的增加而降低。PNIPAm/SA NC凝胶在丙酮水溶液中也出现溶解或破碎现象。这些结果为NC凝胶在不同溶液中的应用提供了参考。5.制备了超拉伸温敏性海藻酸-PNIPAm半互穿网络NC水凝胶,引入亲水性天然多糖海藻酸后,NC凝胶仍具有优异的超拉伸性且相转变温度低于37 oC。我们选用成纤维细胞(L929)、人肺癌细胞(A549)及宫颈癌细胞(HeLa)在半互穿网络NC凝胶表面进行培养,发现添加海藻酸有利于细胞在凝胶表面增殖。L929细胞在半互穿网络NC凝胶表面增殖并形成成细胞片后,通过更换培养液降低凝胶温度可实现细胞片自动脱附。我们发现细胞片在海藻酸浓度为0.2 w/v%的半互穿网络NC凝胶表面具有较快的脱附速率,细胞片可以在15 min内完整脱附。通过原子力显微镜观察NC凝胶表面形貌发现凝胶表面粗糙度与细胞片脱附速率相关,海藻酸分子的加入引起凝胶表面粗糙度发生变化,有适当粗糙度的凝胶表面有利于水分子在细胞片和凝胶表面间的渗透,促进细胞片的脱附。脱附后细胞片可以继续培养并增殖,说明细胞片具有优异的细胞活性,可能用于组织工程或其他生物医用领域。