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自愈合水凝胶的结构经受外力破坏后仍可恢复,具有稳定性高和使用寿命长的特点。特别地,基于静电相互作用制备的自愈合水凝胶具有成胶条件温和、操作简单,可于生理条件下制备的优点,受到生物医学领域研究者的广泛关注。然而,基于静电相互作用的自愈合水凝胶的自愈合机制尚不明确,这就为制备不同性能需求的水凝胶材料带来极大的困难。因此,本文以弱聚电解质天然多糖海藻酸钠(Alg)与2-羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖(壳聚糖季铵盐,HACC)通过静电相互作用制备的自愈合水凝胶为研究对象,对不同条件下Alg、HACC的复合热力学及分子构象进行分析,并将聚电解质的热力学和构象行为相结合,揭示了 Alg-HACC水凝胶的自愈合机制,为制备特殊、功能可调控的Alg-HACC自愈合水凝胶提供了理论基础及研究方法。主要内容包括:首先,本文考察了不同聚电解质间的结合热力学特征。Alg-CTS的结合热△HAlg_CTS=-851 cal/mol,是焓变和熵变驱动的;Alg-HACC 的结合热△HAlg-HACC=482 cal/mol,是熵驱动的。通过对不同pH下Alg-HACC的结合热分析得出:当pH≤3.93时,Alg-HACC 结合热小于零;当 pH>3.93 时,Alg-HACC 的结合热大于零。离子强度的增加导致Alg-HACC间结合比降低。当Ac-替代Cl-时,使得HACC与Alg之间作用力增强,表现为放热反应。其次,本文对聚电解质及其复合物的构象特征进行研究。HACC与氯离子之间的结合力强于CTS与氯离子之间的结合力,导致HACC的分子内的静电排斥弱于CTS,分子尺寸小于CTS分子尺寸。反离子在Hofmeister离子序列上越靠左,其水合半径越小,与氨基基团结合越疏松,使得CTS(Ac-)与Alg复合物的分子尺寸小于CTS(Cl-)与Alg复合物的分子尺寸。最后,本文对不同条件制备的聚电解质复合水凝胶的机械强度及自愈性能进行了研究。Alg-HACC水凝胶具有自愈性能,而Alg-CTS水凝胶不具有自愈性能。Alg-HACC水凝胶的机械性能随pH的增加而增加,pH=3.93、4.1、7.0时,储能模量G’分别为18000 Pa、18500Pa、20300Pa。自愈合效率由 pH=3.93 时的 10%增加至 pH=7 时的 95%。Alg-HACC水凝胶中的反离子被透析出凝胶后,凝胶的宏观自愈合能力下降。基于上述研究,提出Alg-HACC的复合模型和自愈合机制:Alg-HACC之间形成可逆性的弱静电相互作用力,Alg-HACC结合后部分反离子被包覆至凝胶内部,与季铵盐基团达到动态结合平衡态,成为凝胶具有自愈合能力的关键所在。