光聚合聚乙烯醇纳米复合水凝胶的制备与性能研究

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1、分类号TQ317学校代码10495ＵＤＣ678密级公开武汉纺织大学硕士学位论文光聚合聚乙烯醇纳米复合水凝胶的制备与性能研究作者姓名：张灿学号：1515023013指导教师：周应山教授学科门类：工学专业：材料科学与工程研究方向：生物医用材料完成日期：二零一八年六月WuhanTextileUniversityM.E.DissertationPreparationandPerformanceofphotopolymerizationpolyvinylalcoholnanocompositehydrogelCandidate：ZhangcanSupervisor：Prof.Z

2、houYingShanTime:June2018独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解武汉纺织大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权武汉纺织大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意

3、学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要聚乙烯醇（PVA）水凝胶具有优良的类似组织的粘弹性和生物相容性，在生物医学领域具有广泛的应用前景，然而由于存在机械性能差和生物惰性等问题，限制了其在组织工程领域中的应用。为了提高其力学性能和生物活性，本论文采用纳米粒子增强水凝胶的研究思路，首先合成了甲基丙烯酰化聚乙烯醇（PVA-GMA）、羧基化的甲基丙烯酰化聚乙烯醇（COOH-PVA-GMA），然后分别与甲基丙烯酰化的二氧化硅（MSi）纳米粒子、羟基磷灰石（HAP）纳

4、米粒子复合，利用紫外光聚合技术，构建三种纳米复合水凝胶体系：MSi/PVA-GMA纳米复合水凝胶、HAP/PVA-GMA纳米复合水凝胶和HAP/COOH-PVA-GMA纳米复合水凝胶。分别利用流变仪、扫描电镜、X射线衍射仪、万能材料试验机等测试手段研究了纳米复合水凝胶的流变性能、微观形貌及结晶性能、力学性能等；通过溶胀测试和溶胶凝胶率测试研究了该纳米复合水凝胶的溶胀动力学以及网络交联情况。此外，利用细胞毒性和细胞培养测试研究了该水凝胶的细胞相容性。主要结论如下：（1）对于MSi/PVA-GMA纳米复合水凝胶体系，由于MSi纳米粒子的引入，使得纳米复合水凝胶在压缩应变为

5、90%下的压缩应力值由7.35MPa增加到16.7MPa，拉伸断裂应力、拉伸断裂应变、弹性模量分别由39.6kPa、211.2%、34.0kPa增加到610.7kPa、544.6%、492.0kPa。此外，细胞毒性和细胞培养结果表明，MSi/PVA-GMA纳米复合水凝胶对L929细胞不显示细胞毒性。并且，相对于PVA-GMA凝胶而言，细胞在MSi/PVA-GMA纳米复合水凝胶表面的粘附和增殖显著提高。（2）对于HAP/PVA-GMA纳米复合水凝胶体系，由于纳米HAP粒子的引入，纳米复合水凝胶在压缩应变为90%时的压缩应力由0.99MPa增加到2.17MPa，拉伸断裂应

6、力、拉伸断裂应变、弹性模量分别由40.7kPa、199.6%、20.2kPa增加到376.4kPa、795.5%、148.5kPa。此外，细胞毒性和细胞培养结果表明，HAP/PVA-GMA纳米复合水凝胶对L929细胞不显示细胞毒性。并且，相对于PVA-GMA凝胶而言，细胞在HAP/PVA-GMA纳米复合水凝胶表面的粘附和增殖得到改善。（3）对于HAP/COOH-PVA-GMA纳米复合水凝胶体系，由于纳米HAP的引入，纳米复合水凝胶在压缩应变为90%时的压缩应力由6.7MPa增加到了129MPa，拉伸断裂伸长率由215.6%增加到了865.4%。此外，HAP/COOH-

7、PVA-GMA纳米复合水凝胶对L929细胞不显示细胞毒性。并且，相对于PVA-GMA凝胶而言，由于羧基、HAP的引入，细胞在HAP/PVA-GMA纳米复合水凝胶表面的粘附和增殖显著提高。上述光聚合PVA纳米复合水凝胶可快速成型，具有优良的力学性能、细胞相容性，可显著促进细胞的粘附与增殖，未来有望在组织工程支架领域得到广泛的应用。关键词：纳米复合水凝胶；光聚合；甲基丙烯酰化的二氧化硅；羟基磷灰石；聚乙烯醇；力学性能；细胞相容性研究类型：应用基础研究AbstractPoly(vinylalcohol)(PVA)hydrogelshasbeenwidely