1.1.1 水凝胶概述

水凝胶是三维的，通过物理或化学交联，形成聚合物（如图 1）。因为大量含 有亲水基团，亲水性水凝胶，但其不溶于一体，并有完整，有一定强度和结构。 水凝胶内部分子形成化学键或物理键，如共价键、氢键、范德华力等等,所以不 溶于水。图（2）是比较常见的交联方法。此外，该水凝胶的内部结构产生的体 积变化对应于外部环境的变化，被广泛应用在制药和生物医学科学。充分溶胀的 水凝胶和组织的一些物理特性是常见的，如弹性性质，和低界面张力的液体和水 生物。和人体血液、唾液等液体界面间张力较小，导致蛋白与细胞的吸附下降， 得到负免疫概率下降。

根据聚合物水凝胶主要是天然聚合物水凝胶的合成聚合物水凝胶。天然高分 子因为其生物降解性和相容性，在应用中拥有优势。水凝胶聚合物的合成更能够 达到预期的效果，通过分子设计合成聚合物的性能，但要严格控制残余催化剂， 在单体的量反应材料，低分子量的副产物，为了避免造成不兼容或有毒的生物。

图 1：聚合物物理和化学交联形成水凝胶

图 2：常用的几种水凝胶交联方法

如今组织工程上使用水凝胶集中在聚氧化乙烯、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚 磷腈、多肽等合成材料以及胶原、明胶、透明质酸、海藻酸盐、壳聚糖等天然原 料开展。合成材料能大量生产, 易调控所制备水凝胶的微结构、力学性能和降解 速率,但缺乏细胞辨认信号。与特定的细胞位点的天然材料，但不容易获得和体 积之间的差异性。因此，天然生物材料和合成材料有其缺点，和组织工程生物材 料不仅要求其生物相容性，细胞和分子更需要生产所需的反应，这样就达到组织 修复和重建需求[ 5 ]。

水凝胶是一种果冻状的物质在聚合物材料间隙有大量的水，可以用软性隐形 眼镜，制造的纸尿布，但由于长时间水变形后，脆弱的，所以它的应用是有限的。 酒井崇匡等人[21]开发出一种高强度水凝胶膨胀甚至也没有水和变形，高强度水凝 胶的规则网格结构中增加了一个特殊的聚合物，做了一个不在水中溶胀的水凝胶 人体温度高透明度，其水分含量高达 90%。该水凝胶具有制造简单，可扩展性好

等优点，在水的形状和强度，经过一个月甚至将不会改变。另外，这种水凝胶的

强度也很高，至少能承受 6000MPa 的压强，而人体软骨只能承受 2000MPa 的压 强。结果表明，由于该水凝胶也能保持初始形状和人类环境的强度高，可用于制 造人工软骨、人工椎间盘。在向体内移植诱导多功能干细胞（iPS 细胞）时，增 进细胞分化和构成组织。

1．2 壳聚糖和硫酸软骨素简单介绍

1.2.1  壳聚糖

壳聚糖是一种天然材料，带有正电荷海洋生物多糖。具有游离氨基酸基团和 独特的壳聚糖的分子结构，具有许多独特的物理、化学和生物学性质，因此被广 泛应用于污水处理，农业，化妆品和食品加工等。人体内有硫酸软骨素、透明质 酸物质，结构和壳聚糖极其相似，在体内可被酶等降解，降解为氨基葡萄糖，然 后被人体汲取，多成功的医疗操作（如在体内移植），因此，壳聚糖是一种生物 降解和生物相容性良好，临床试应用于脂肪再生。壳聚糖材料的游离氨基酸基团 具有很强的吸附能力，在损伤修复和壳聚糖材料的脂肪再生过程可以更好的细胞 附着其上，但长期的培养会影响细胞的生长过程。