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作为一种软而湿的材料,水凝胶很容易让人们联想到软的生物组织,在过去30年里,水凝胶作为软组织工程支架的候选材料已得到广泛的研究。传统水凝胶往往性质较软弱,易脆,伸缩性很有限。然而,许多应用比如软机器人和软骨组织支架,需要水凝胶能够在周围环境中承受巨大的机械载荷。目前,尽管相关工作已经取得了一定的进展,开发机械强韧化学稳定的水凝胶仍面临巨大挑战。传统的双网络(DN)水凝胶是由两个化学交联的且不对称网络构成的,具有超高的机械强度和韧性。然而,传统的DN水凝胶的制备方法仍具有一定的局限性:首先,第一网络的候选材料受限于强聚电解质;其次,整个多步的聚合过程是比较繁琐耗时的,通常包括溶胀过程和扩散过程。并且对于新型DN水凝胶的探索和发展仍处于早期阶段。本论文在传统双网络基础上,分别做了三部分工作。第一部分,我们选取天然聚电解质海藻酸钠(SA)作为分子支架,中性合成聚合物聚乙烯醇(PVA)作为第一网络,中性聚合物聚丙烯酰胺(PAM)作为第二网络,成功制备了具有超高拉伸性,透明的,强韧PVA-SA/PAM DN水凝胶。中性合成聚合物聚乙烯醇通过缩聚聚合得到三维网络结构即第一个半互穿聚合物网络(semi-IPN)。分子支架海藻酸钠的引入促进聚乙烯醇半互穿水凝胶在第二网络单体混合液中的溶胀及其机械性能的改进。PVA-SA/PAM DN水凝胶在含水量为90 wt%时断裂应变达2400%且最大压缩强度高达35.2MPa,此数值是PVA-SA semi-IPN水凝胶(0.9MPa)的39倍。分子支架方法的提出拓宽了双网络概念的应用范围。第二部分工作中,我们利用一种物理凝胶-琼脂(Agar)凝胶作为第一网络,并通过一锅法制备得到了机械强度较高的Agar/PAM DN水凝胶。整个合成过程是通过一个加热-冷却的过程实现的,消除了不可控的溶胀和不必要的扩散过程。第三部分工作是在第二部分工作基础上,我们通过向P(AM-co-AA)网络内部引入线性多糖-琼脂,利用琼脂凝胶的热可逆性,成功制备了高拉伸强韧型pH敏感Agar/P(AM-co-AA)DN水凝胶。其中,我们使用亲水性长链分子聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)代替传统的小分子化学交联剂MBA用于丙稀酸类单体的自由基聚合,结果使得水凝胶的拉伸性及亲水性得到明显提高。同时,Agar/P(AM-co-AA)DN水凝胶展示了优良的可逆溶胀行为和一定的形状可恢复性。在拉伸应变为800%时,Agar/P(AM-co-AA)DN水凝胶的拉伸强度达182kPa,耗散能高达1.22MJ m-3,这明显优于P(AM-co-AA)水凝胶(拉伸强度51kPa,耗散能0.27MJ m-3)。在压缩应变为85%时,压缩强度及耗散能高达4.56MPa和0.56MJ m-3。这种机械性能改良的pH敏感性水凝胶有望作为承载软组织潜在的候选材料。