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壳聚糖水凝胶由于具有优异的生物相容性和细胞亲和性、生物可降解性和生物活性,它被广泛地应用在药物释放载体,组织工程支架、止血材料等生物医学领域,但是现有的水凝胶材料多为无序结构,与实际的天然生物材料有着很大的区别,因此对水凝胶可控有序结构的构建以及其机理的研究迫在眉睫。本文基于无机沉淀领域中的反应扩散理论,提出采用程序化交替浸泡技术构建壳聚糖水凝胶可控层状结构的方法。利用环境扫描电子显微镜(ESEM)、超景深显微镜表征了可控层状壳聚糖水凝胶的同心层状结构与各向异性结构,建立了层状结构参数之间的定量规律,通过求解反应扩散方程模型获得了氢氧根离子的浓度时空分布,阐述了可控层状结构的形成机理,研究了再湿壳聚糖水凝胶力学性能及其对药物控制释放行为的影响。ESEM结果表明程序化的交替浸泡技术可实现壳聚糖水凝胶的同心层状结构的层厚,层数与层排布的可控构建。建立了等厚层状壳聚糖水凝胶的层厚与层数的预测模型,层数N(范围为15-105层);层厚D(范围为20-500μm)与反应时间T之间具有如下关系N=120/T,D=32.50T-7.33。建立了可按需求调控层状结构排布的方法,获得了具有一定可控结构的非等厚层状壳聚糖水凝胶,实现了两层厚四层薄、一层厚一层薄等结构。可控层状结构层内为各向异性结构,在轴向上是多层环状结构组成,在径向上则是壳聚糖层内纤维束并行排列并呈现不同取向角,该结构与骨纤维环的各向异性结构类似。凝胶化过程中质子化壳聚糖/NaOH的反应扩散体系与壳聚糖水凝胶的体积收缩是形成层的主要因素,而氢氧根离子的剧烈变化会促使壳聚糖水凝胶快速收缩,从而导致壳聚糖水凝胶层的分离。形貌结果表明交替每进行一次,就形成一层。因而可以通过调制出不同类型函数化的浓度波信号,制备出不同的层状结构。经过理论分析和试验,给出了可控结构构建的基本规则:在一次交替中,壳聚糖水凝胶置于NaOH溶液中的时间要小于等于置于水中的时间。循环交替过程中,对于不同时间组合的设计,不同时间相互之间要保持封闭。力学性能试验表明,同心层状壳聚糖材料压缩强度为27.4±5.7MPa,超过松质骨的压缩强度,为非承重骨部位的修复提供了一种新的选择;再湿壳聚糖水凝胶应力-应变曲线与软骨组织接近,具有和软骨组织匹配的循环压缩性能,为软骨组织的修复提供了一种新的材料。将利福平负载于层状结构壳聚糖材料研究其药物释放行为,药物负载率可达8%,在468h时仅释放了30%,表明层状结构壳聚糖材料对利福平药物具有缓释作用。模型拟合表明利福平的释放行为主要受控于药物在缓冲溶液中的扩散,其次是支架基体的溶蚀。