聚乙烯醇/结冷胶复合水凝胶的物理化学性质研究

【作者】 王飞； 马亚辉； 白同春；

【机构】 苏州大学材料与化学化工学部；

【摘要】 聚乙烯醇(PVA)水凝胶因其具有良好的生物相容性、含水量、和力学性质被视为很有前途的关节软骨修复材料。但单纯的PVA水凝胶还不能满足临床要求。通常采用与天然高分子材料复合的方法来改进其性质。结冷胶(Gellan Gum,缩写GG)是一种由革兰阴性好氧杆菌少动鞘氨醇单胞菌产生的阴离子型线型胞外多糖,有生物相容性好、可降解等优点,但力学性质差。本文报导了PVA/GG复合水凝胶的制备和若干物理化学性质,以期改进水凝胶的性质。采用循环冷冻一解冻物理交联法制备PVA/GG复合水凝胶。为提高其力学性质,引入Ca2+,使凝胶更好的交联,标记为PVA/GG-Ca2+复合水凝胶。用振荡流变仪考察比较了PVA,PVA/GG和PVA/GG-Ca2+水凝胶的储存模量G,。结果显示:PVA/GG复合水凝胶的G,在50000-60000,大于PVA;当引入Ca2+后,PVA/2%GG-Ca2+复合水凝胶的G,更大140000,是纯PVA水凝胶的3倍多。表明Ca2+的引入显著提高了复合水凝胶的强度和韧性。而且G,随结冷胶含量的增加而显著增大。用SEM分别观察了PVA(图1)、PVA/GG(图2)和PVA/GG-Ca2+(图3)的断面形貌。PVA/GG的孔隙比PVA的大,而PVA/GG-Ca2+具有更加致密和规整的孔隙。图1图2图3水凝胶含水量W1:对于PVA/GG,W1从0.875上升到0.903;而在引入Ca2+交联的情况下,W1仅增加到0.886。这与水凝胶的结构更加紧密相符。失水活化能反映了水凝胶对水的束缚能力。用DSC测定PVA/GG、PVA/GG-Ca2+复合水凝胶、和纯PVA水凝胶的失水动力学,用KAS方法考察体系的非等温失水活化能与转化率的关系,并与液态水的蒸发做对比。图4为失水活化能随转化率的变化情况。其中▼线为PVA,▲线为PVA/GG-Ca2+,●线为PVA/GG,■线为水。在转化率ɑ=0.4到0.8区间,活化能变化很小,其平均值分别为:PVA,52.9 k J/mol;PVA/GG,50.8 k J/mol;PVA/GG-Ca2+,51.5k J/mol。水凝胶的活化能明显高于水的汽化能。PVA凝胶中添加结冷胶,失水活化能有所减少,引入Ca2+失水活化能略有增加。更多还原