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水凝胶因其内部结构和组成成分类似于细胞外基质,对人体的器官、组织及血管等都展现出良好的生物相容性。因此,水凝胶已被广泛用于生物医学和组织工程等领域,如创伤辅料、药物缓释剂、人工皮肤、组织工程支架等等。尽管如此,这些具有良好生物相容性的水凝胶往往力学性能较差。目前针对该问题,基于不同增韧机理的高力学性能水凝胶已被获取,但在制备过程中却不可避免地会掺杂进一些有害物质,如交联剂、未反应单体等等。此外,大部分水凝胶,在零度以下易结冰,干燥环境下易严重失水的致命缺陷也极大影响了水凝胶的应用条件。因此,制备兼具良好生物相容性和高力学性能,并能适应于不同温度环境的水凝胶对其在生物医学等领域的应用发展至关重要。基于上述情况分析,主要工作内容为下:将明胶(GEL)、聚乙烯醇(PVA)和丙三醇(GL)在高温条件下进行简单的物理混合,冷却到室温后经一次冻融过程,获取聚乙烯醇-丙三醇/明胶(PVA-GL/GEL)双网络(DN)有机水凝胶。PVA与GL作为第一网络,两者之间的强氢键作用可赋予凝胶高力学强度,而GEL具有弹性,其作为第二网络可以使凝胶具有韧性和弹性。因此,这种由PVA-GL强网络和GEL弱网络协同的双网络物理凝胶能有效改善彼此力学行为的不足,并将两者各自具有的优势发挥出来:原料组成和获取过程保证PVA-GL/GEL凝胶良好的生物相容性、PVA和GEL本身具有的可重塑性可被PVA-GL/GEL凝胶完美继承等。利用拉伸、流变、溶胀等测试及细胞毒性试验相应地考察了PVA-GL/GEL凝胶的力学、生物相容性等性能。并利用红外光谱(IR)、X射线衍射光谱(XRD)及差示扫描量热法(DSC)等分析了PVA和GL间氢键对力学性能的贡献。结果表明,PVA-GL/GEL凝胶拉伸强度为1.2MPa,模量为160kPa,拉伸应变为800%,韧性高达4.9 MJ/m~3,具有优异的机械性能;并且,在37℃下培养L929细胞24、48h后的细胞活性仍在90%以上,具有良好的生物相容性,鉴于PVA-GL/GEL凝胶对生物体的友好程度,它甚至可以代替土壤培养植物。作为溶剂存在的GL分子能够有效地锁住水分,降低溶液蒸汽压,并在一定程度上可以隔绝空气。因此,PVA-GL/GEL有机水凝胶在-25℃下保持1~6天仍可保持良好的机械灵活性,甚至在85℃的高温下11h也基本能保持其自身结构的完整性,具有优异的抗冻防干性能。此外,PVA-GL/GEL凝胶还具有良好的防霉性能,室温下放置15天,仍出现现发霉现象。因此,GL作为溶剂,有利于解决大多数水凝胶低温易冻、高温脱水的严重缺陷去拓宽凝胶在生物医学领域的应用范围,并有利于延长PVA-GL/GEL凝胶的使用寿命。此外,鉴于PVA-GL/GEL凝胶的优异力学性能和良好生物相容性,掺杂氯化钠的PVA-GL/GEL凝胶具有优异的电性能和显著的电学稳定性,其作为应变响应传感器可以反复且精准地监测人体活动,甚至是一些诸如说话等细微生理变化。