水凝胶是一种具有高含水率的重要软材料,其独特的三维网络结构和多孔性,能够高度模拟天然软骨组织细胞外基质,为细胞粘附、增殖、迁移以及营养物质传输等过程的实现提供了合适的3D微环境。因此,水凝胶在软骨和骨组织的修复与重建中具有巨大的应用潜力。处于高度分化的关节软骨是生物体内重要的承重组织之一,长期处于高载摩擦磨损、复杂的应力应变负载和无规律的多向运动等苛刻工作环境。因此,应用于软骨组织工程的水凝胶支架需具备良好的生物相容性、足够的机械强度以及一定的自我修复性能等特质。然而,多数天然高分子来源的水凝胶虽然拥有独特的生物性能,但是普遍存在力学强度差、稳定性不足和缺乏自修复性能等问题,这严重限制了水凝胶在软骨组织工程中的应用。针对上述问题,本课题以天然高分子壳聚糖为核心,通过引入可逆的主客体作用和动态亚胺键构筑了可修饰的动态凝胶网络,开发了具有良好力学韧性的多功能自修复水凝胶。主要研究内容如下:本课题以壳聚糖为核心,合成了水溶性的β-环糊精改性壳聚糖(HPCS-CD),并与金刚烷丙烯酸酯(ADMA)通过主客体作用自组装成超分子结构。然后引入N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)利用原位自由基共聚构筑了可修饰的SNAD凝胶网络。DSC结果表明SNAD凝胶具有可调节的温度响应性,其相转变温度随着AMDA含量增加而降低。SNAD凝胶具有较高的含水率,最高可达86%,高于天然软骨的含水率要求。自修复结果表明SNAD凝胶具有良好的自修复能力,并通过在断面处加入环糊精竞争溶液验证了SNAD凝胶网络的自修复能力是来源于凝胶网络中金刚烷与环糊精的可逆主客体作用。流变测试表明SNAD凝胶网络具有良好的稳定性和恢复性能,凝胶网络被剪切应变破坏后能快速恢复,模量恢复可达97%。我们对SNAD凝胶的力学性能进行了探究,结果表示虽然SNAD凝胶具有良好的力学韧性(断裂伸长率可达520%,压缩形变达80%后仍不破裂),但是其断裂应力和压缩强度仅达到0.02 MPa和0.062MPa,表现出较弱的力学强度。对此,我们结合了SNAD凝胶网络的特点,合成了苯醛基封端的聚乙二醇衍生物(PEGFA)并由此引入动态亚胺键交联的凝胶网络以构筑具有双动态网络结构的DNSC/AD水凝胶。对照实验验证了Schiff-base网络的构建,而且DNSC/AD凝胶保留其温度响应性(约31.0℃)和较高的含水能力(含水率可达76%)。自修复结果表明DNSC/AD凝胶保留了SNAD良好的自修复能力,可实现断面的完全修复。流变测试表明DNSC/AD的凝胶网络稳定性较好,在阶跃应变测试中凝胶网络能快速恢复。力学测试表明引入双动态网络能有效提高凝胶的力学性能,其中DNSC/AD-1具有较好的力学表现:断裂伸长率达到430%,断裂强度为0.05MPa,压缩形变为80%时压缩强度可达0.235MPa。本文研究结果表明基于HPCS-CD开发的壳聚糖基水凝胶SNAD具备可控的温度响应性,可通过温度控制凝胶体积的变化。同时具有良好的自修复性能,可及时修复裂纹及缺损。在此基础上开发了具备双动态网络的DNSC/AD水凝胶在保留高含水率和良好自修复性能的同时,提高了其拉伸韧性和压缩强度,有望作为细胞或组织的体外培养支架,在生物医药、组织工程等领域具有重要的研究价值和应用潜力。