智能水凝胶是一种能够对外界环境变化产生响应的新型材料,在再生医学、精准医疗、3D打印等新兴领域具有巨大潜力。糖组分的智能水凝胶具有天然的生物相容性,近年来得到研究工作者的广泛关注。然而力学性能不足和响应速率过慢的问题极大地阻碍了它的发展。因此,设计新型的糖组分智能水凝胶,并深入地研究它的结构和性质具有重要意义。本论文通过半互穿网络(semi-IPN)聚合和接枝聚合的方法,将一种新型的生物多糖——索拉胶多糖与环境响应因子相结合,制备了一系列力学性能可控、快速响应的智能水凝胶。这些智能水凝胶对外界环境从单一响应到多响应,响应类型包含温度、pH和离子强度。利用核磁共振(NMR)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X-射线衍射(XRD)、热重分析(TGA)、动态力学性能测试以及扫描电子显微镜(SEM)等对所制备的新型智能水凝胶的物理化学性质、机械性能以及结构形态进行了全面的表征。另外还深入地研究了智能水凝胶对外界环境变化的刺激响应行为。最后,探索了智能水凝胶的细胞黏附规律以及药物输送机理,以此来挖掘索拉胶多糖基智能水凝胶在生物医学领域的应用潜能。本论文的主要内容以及结果如下:(1)新型多糖基温度响应型水凝胶的制备、表征以及细胞黏附研究利用自由基聚合法制备了新型的具有温度响应性的索拉胶多糖/聚N-异丙基丙烯酰胺半互穿网络结构的水凝胶(Salecan/PNIPAm semi-IPN水凝胶)。SEM图像显示这些水凝胶具有连续均匀的大孔结构,孔径在150～300μm的范围内分布。动态力学性能测试和压缩测试结果显示该水凝胶在室温环境下是一种具有粘弹性的固体,而且其机械性能可以通过控制索拉胶多糖的含量而调节。溶胀行为测试显示了以下特点:1、随着索拉胶多糖含量的增高,水凝胶在室温下的吸水能力明显增强;2、水凝胶具有温度响应性,室温环境吸水溶胀,高于32～34℃之后失水收缩,颜色由透明变为乳白色;3、当温度恢复至室温后,水凝胶重新吸水溶胀,体现出可逆的响应特点;4、随着索拉胶多糖含量的增加,水凝胶的响应速率得到了明显的提升。体外降解测试以及胞外毒性测试表明这些水凝胶具有可降解性,并且对A549细胞无细胞毒性。最后,在细胞黏附实验证明掺入索拉胶多糖的水凝胶在37℃环境下可以黏附细胞,体现了良好的细胞相容性,这为其在生物医学领域中的应用奠定了基础。(2)智能大孔索拉胶多糖/聚N,N-二乙基丙烯酰胺半互穿聚合物网络水凝胶(Salecan/PDE semi-IPN水凝胶)的制备以及药物输送研究聚N,N-二乙基丙烯酰胺(PDE)是不同于PNIPAm的另一种温敏性高分子。PDE的侧链上是叔氨基,因此它仅能作为氢键的受体而不能作为氢键的供体。基于这一点,我们制备了一系列Salecan/PDE semi-IPN水凝胶,研究了它对于羧基药物双氯芬酸钠的递送行为。索拉胶多糖的使用可以增加整个体系的亲水性,这有利于提高水凝胶的刺激响应速率。溶胀测试发现,该水凝胶具有高度的温度依赖性,即溶胀率随着温度的升高逐渐降低,而失水的速率也随着索拉胶多糖的增多而加快,意味着响应速率的提高。细胞粘附实验证明了A549细胞能在37℃环境下的水凝胶表面粘附生长。药物输送研究中,索拉胶多糖含量高的水凝胶由于自身吸水性较强,吸附的药物量也明显增高。而在释放实验中,伴随着温度的升高,水凝胶收缩,药物释放的速率明显提高,表现出温度控制释放的能力。(3)pH-温度双重敏感型索拉胶多糖/聚N,N-二乙基烯酰胺基-co-甲基丙烯酸半互穿聚合物网络水凝胶用作抗癌药物载体将N,N-二乙基烯酰胺与甲基丙烯酸单体在索拉胶多糖溶液中共聚交联,赋予温敏高分子以pH敏感的性质,制备了pH-温度双重敏感型水凝胶。溶胀行为测试表明:在pH小于5的环境下水凝胶处于收缩状态,吸水率低,而在pH等于7.4的中性条件下达到最大的溶胀数值。胞外毒性实验证明了所有凝胶样品对于A549以及HepG2细胞是无毒的。以抗癌症药物阿霉素作为药物模型,考察了水凝胶在不同pH和温度条件下的药物输送行为。结果表明,水凝胶在酸性条件(pH=4.0)下比中性条件(pH=7.4)下释放速率和药物累积释放量都比较高,37℃环境下的释放速率和累积释放量也明显大于室温环境。胞外毒性测试证明了由负载药物的水凝胶释放出的阿霉素保持了较高的生物活性,依然具有较强的癌细胞杀伤力。这些初级的实验结果证明了索拉胶多糖/聚N,N-二乙基烯酰胺基-co-甲基丙烯酸半互穿聚合物网络水凝胶具有用作药物载体的潜能。(4)一种新型的基于索拉胶多糖接枝聚N,N,N-三甲基-3-(2-甲基烯丙酰氨基)-1-氯化丙铵阳离子水凝胶(Salecan-g-PMAPTAC水凝胶)的制备以及药物输送研究通过自由基接枝共聚法,将N,N,N-三甲基-3-(2-甲基烯丙酰氨基)-1-氯化丙铵(MAPTAC)接枝到索拉胶多糖分子链上,制备了离子强度敏感型Salecan-g-PMAPTAC接枝共聚水凝胶。溶胀行为测试发现水凝胶的吸水率依赖于盐溶液的浓度和索拉胶多糖的用量。凝胶在离子强度较高的环境下处于收缩状态,而在去离子水的条件下则达到最大的溶胀数值,增加亲水性的索拉胶多糖的用量有助于吸水率的提高。分别使用小分子药物双氯芬酸钠和大分子药物胰岛素为药物模型,对其进行了药物输送研究。结果表明:该阳离子水凝胶对阴离子药物双氯芬酸钠具有极高的吸附能力,药物溶液中几乎所有的药物分子都被吸附和集中在水凝胶里。同时,而对于中性的大分子药物胰岛素也具有一定的吸附能力。当把载有药物的水凝胶置于pH=7.4的PBS环境中时,负载的药物可以被释放出来,而且对小分子的阴离子药物具有一定的缓释功效。这些初级的实验结果证明Salecan-g-PMAPTAC水凝胶具有用作药物载体的潜能。(5)pH、温度、离子强度多重敏感型索拉胶多糖/聚甲基丙烯酸二甲氨乙酯半互穿聚合物网络水凝胶(Salecan/PDMAEMA semi-IPN hydrogel)用于蛋白质药物胰岛素递送将甲基丙烯酸二甲氨乙酯(DMAEMA)在索拉胶多糖的水溶液中聚合并采用交联剂N,N’-二甲基双丙烯酰胺(BIS)交联制备了pH、温度、离子多敏感型的Salecan/PDMAEMA semi-IPN水凝胶。研究表明该水凝胶在pH等于1.2的环境下达到最大的溶胀数值,而在pH高于3的溶液中收缩。另外,水凝胶的吸水率随着离子强度的上升而降低。在温度敏感方面,水凝胶在低于40℃的环境下溶胀,而高于此温度后收缩失水。由于结构中的叔氨基可能与一些负电荷的分子发生氢键作用,水凝胶具有一定的药物包裹能力。水凝胶对于蛋白质药物胰岛素具有可控的药物释放行为,释放速率随着凝胶的溶胀率的提高而加快,即提高索拉胶多糖组分的含量有利于加快药物释放。另外,当温度高于PDMAEMA的LCST时,凝胶收缩失水,药物分子被挤出,释放速率也更快。而当把载药的凝胶置于pH 1.2环境中时,凝胶继续溶胀导致孔径变大,释放速率以及释放量均高于pH7.4的环境。综上,Salecan/PDMAEMA水凝胶具有环境可控的药物释放行为,可以用作药物载体。