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组织器官的疾病和损伤严重危害着人类的健康,目前治疗的方法存在一定的局限性。组织工程技术的出现,有望打破传统医疗手段如器官移植和生物材料植入的局限性。支架材料必须具有良好的生物相容性、类似于软骨组织的机械强度以及三维孔洞结构。本文选用两种生物相容性良好的天然高分子材料明胶和纤维素制备软骨组织工程用支架材料。将明胶与纤维素复合制备了具有单网络、互贯网络和大网络结构的水凝胶。(1)利用TEMPO/NaBr/NaClO体系对纤维素进行氧化处理后,通过高压均质法制备了TEMPO氧化微纤化纤维素(T-MFC)。FTIR结果表明,TEMPO/NaBr/NaClO体系可有效氧化纤维素,引入新的羧基官能团。对羧基含量的测定结果表明,氧化过程中NaClO的浓度增大、氧化时间延长时,羧基含量随之增加。SEM及TEM表明,TEMPO体系对纤维素的氧化过程中,氧化剂NaClO浓度增大、氧化时间延长时,经高压均质后得到的纤维素微纤维的直径更加精细。经过5 mmol浓度的NaClO氧化150 min后,再经高压均质30次后得到的T-MFC,纤维直径可达到3~5 nm。(2)将明胶与T-MFC复合制备了具有单网络结构的复合水凝胶。用EDC(1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐)交联后,形成了具有互贯网络结构的T-MFC/EDC交联明胶复合水凝胶。FTIR结果显示,EDC可交联明胶分子上的氨基和羧基,形成酰胺键。SEM结果表明,T-MFC的加入增大了复合水凝胶内部的孔径尺寸,随着T-MFC含量的增加,复合水凝胶内部的孔洞更加密集。EDC的加入使其内部的孔洞结构更加均匀,孔径尺寸增大。压缩测试表明,在单网络T-MFC/明胶复合体系中,随着T-MFC含量的增加,水凝胶的压缩强度相比于纯明胶提高到3倍。用EDC交联后的复合水凝胶,相比于纯明胶水凝胶压缩强度提高到16.78倍。T-MFC和EDC的加入使复合水凝胶在PBS缓冲溶液中保持原有完整形状的能力增强,也延长了复合水凝胶在PBS+GSH酶溶液中的降解周期。(3)用高碘酸钠对T-MFC进行了第二重氧化,制备了双重氧化微纤化纤维素(D-MFC)。用铜滴定法对D-MFC的醛基含量进行测定,随着氧化时间的延长,9 h时醛基含量最高可达0.45 mmol/100 g。将D-MFC与明胶复合,明胶上的氨基和D-MFC上的醛基发生席夫碱反应,制备出具有大网络结构的复合水凝胶。SEM结果显示,随着D-MFC含量的增加,大网络水凝胶内部的孔洞更加密集。压缩测试表明,在大网络体系中,随着复合物内D-MFC含量的增加,水凝胶的最大抗压强度逐渐提高;当D-MFC的含量达到4%时,水凝胶的压缩强度可达1.34 MPa,相比纯明胶水凝胶压缩强度提高到74倍。D-MFC和EDC的加入使复合水凝胶在PBS缓冲溶液中保持原有形貌和结构的能力增强,也使复合水凝胶在PBS+GSH酶溶液中的降解周期延长。