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双网络水凝胶因高含水量(>90%)和优异的机械性能而受到广泛关注,目前研究集中于提高其细胞和组织相容性以应用于生物材料领域。本文以水凝胶的压缩模量、断裂强度等力学指标为出发点,旨在构建具有优异力学性能及良好生物相容性的双网络水凝胶并以期应用于骨、软骨等组织修复。(1)CP双网络水凝胶的制备及表征。合成高分子聚乙二醇双丙烯酸酯(Polyethylene glycol diacrylate,PEGDA)通过紫外光(365 nm)照射形成柔性第一网络,天然大分子胶原蛋白(Collagen,Col)在化学交联剂的作用下形成脆性第二网络,构建得到具有高机械强度的CP双网络水凝胶。当Col占PEGDA的重量百分比8~14 wt%时,水凝胶的内部孔隙率增加,孔径介于200~300μm之间。Col占比为8 wt%时,CP水凝胶断裂强度为783.3 k Pa,分别为Col和PEGDA水凝胶的12.6和49.6倍;CP水凝胶的压缩模量是PEGDA水凝胶的4.7~14.2倍,较Col水凝胶也提高2~3倍。因此,相较于Col和PEGDA水凝胶,CP水凝胶的刚性和强度均有大幅度的提高。(2)CHP和CHP-Lys水凝胶的制备及表征。通过加入不同含量的透明质酸(Hyaluronic Acid,HA)和L-赖氨酸(L-Lysine,Lys)对CP水凝胶的脆性网络进行改性,分别制得CHP和CHP-Lys水凝胶,可实现对水凝胶骨架结构和力学性能的调控。CHP水凝胶的骨架结构较CP水凝胶更加均一,呈现蜂窝状的互穿结构,孔径变小,介于80~180μm。与CP水凝胶相比较,CHP凝胶强度有所下降,但是韧性增强,压缩率可达79.5%,而CHP-Lys水凝胶骨架变厚,硬度明显增强,压缩模量达414 k Pa,分别是CHP和CP水凝胶的19倍和1.7倍,压缩率在50%以上。在该体系中,HA增加水凝胶的韧性,而Lys能提高水凝胶的刚性,因此,所制备的CHP-Lys水凝胶能够同时具备高压缩模量和压缩率,在力学性能上优于CP和CHP水凝胶。(3)CHP-Lys水凝胶的细胞相容性和组织相容性评价。水凝胶及其浸提液与MC 3T3-E1细胞共培养结果表明,材料对细胞的生长无明显抑制作用,并且能够作为细胞粘附和生长的支架材料。CHP-Lys水凝胶植入小鼠体内后产生轻微的组织排斥反应,且具有生物可降解性,有望在骨、软骨等组织修复中得以应用。