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摘要水凝胶具有优异的理化性能，包括高含水量、多孔结构、光学特性以及机械性能等。这为其在诸多领域中的应用提供了无限可能。首先，水凝胶是一种高分子材料，含水量高与天然组织中细胞外基质类似，常用于组织工程支架。其次，由亲水性聚合物组成的粘弹性的导电水凝胶，具有良好的导电性和机械性能，常用于构建传感器。最后，水凝胶具有可以调节的多孔结构，常用于生物吸附或膜过滤。尽管水凝胶在不同领域中的应用研究已经取得了很大进步，但是受限于合成水凝胶的单体成分单一的影响，其制备的水凝胶也常常有功能单一、结构简单、应用范围窄等缺陷。目前，设计功能多样、结构复杂、应用范围广的水凝胶仍是研究人员所面临的重大挑战。海藻酸盐是从海洋褐藻中提取的天然高分子多糖，具有良好的细胞相容性和生物安全性。制备功能多样化的海藻酸盐基水凝胶，扩宽其在生物医学、传感监测以及化学分析中的应用，具有积极而深远的意义。基于此，将海藻酸盐与一些功能单体相结合制备新型的海藻酸盐基水凝胶复合材料的想法应运而生。本论文基于海藻酸钠、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、液态金属等设计合成了多种性能良好的海藻酸盐基水凝胶复合材料，并将其成功应用于人造血管、多功能传感器及过滤膜的构建。本论文的主要研究结果如下：<br>　　1.设计了一种聚丙烯酰胺（Polyacrylamide,PAAm）、N,N-亚甲基双丙烯酰胺（N,N-methylenebisacrylamide,MBA）、海藻酸钠（Sodiumalginate,SA）的海藻酸盐基水凝胶（PMSA），并将其应用于人造血管的构建。利用3D打印技术制备多种尺寸和结构的聚乳酸（PLA）模具，通过一步灌注成型法制备了多种尺寸的单层、双层结构的PMSA水凝胶管，尤其是制备了小于6mm的小口径水凝胶管。通过调整SA、AAm、MBA的配比，确定了孔径和力学性能最优异的PMSA水凝胶管。MTT细胞毒性测定的结果表明PMSA水凝胶管具有良好的体外细胞相容性。渗透性测定、溶血性测定（溶血率＜5%，符合生物材料国家标准）的结果表明PMSA水凝胶管具有良好的血液相容性。皮下植入手术的结果表明PMSA水凝胶管具有良好的体内生物相容性。兔子颈部静脉置换手术的结果表明PMSA水凝胶管能够作为人造血管用于移植手术。这种3D打印模具一步灌注成型法是一种简单有效的构建小口径人造血管的新方法，在血管组织工程中具有潜在的应用价值。<br>　　2.设计了一种液态金属（Liquidmetal,LM）、海藻酸钠（Sodiumalginate,SA）、聚丙烯酸（Polyacrylicacid,PAA）的海藻酸盐基导电水凝胶，并将其应用于多功能传感器的构建。通过超声的方法在海藻酸钠（SA）包封的LM纳米颗粒（LMNPs）胶体悬浮液中原位聚合丙烯酸（AA），无需添加引发剂和交联剂，由LM引发的聚合和交联，制备了一种新型海藻酸盐基的导电水凝胶（LM-SA-PAA）。双交联的聚合物网络（物理交联网络、化学交联网络）赋予了LM-SA-PAA水凝胶具有超拉伸性（＞2200%）、自粘附、自愈合和高灵敏度等特性。基于LM-SA-PAA水凝胶的诸多特性，开发用于监测各种人体活动以及心电信号（Electrocardiogram,ECG）的多功能传感器。分别构建了热灵敏度高达6.7%/℃的温度与呼吸传感器；在250%应变范围内，应变系数为1.28，线性为0.98的用于监测手指、手腕、手肘弯曲运动的应变传感器；用于检测压缩压力的电容式和电阻式的压力传感器；用于识别书写笔迹的手写垫；以及监测ECG信号的心电监测装置。基于LM-SA-PAA水凝胶的多功能传感器被证明是一个有潜力的平台，有望应用于各种人体活动及ECG信号监测等领域。<br>　　3.设计了一种海藻酸盐基水凝胶滤膜，通过其构建了用于HPLC生物样品前处理的过滤装置。该装置制作过程简单快捷、可批量定制。利用该装置可以实现快速、简单的生物样品前处理过程。SA水凝胶滤膜具有优异的机械性能、适宜的孔隙度以及耐用性等优势。该滤膜对BSA的截留率高达95%以上，并可保持7天连续的95%以上的截留率。染料过滤测试结果表明，该滤膜对不同分子量的甲基橙（327D）、胭脂红（604D）、亮蓝（792D）、维生素B12（1355D）4种染料通过都具有96%以上滤过率，并且在连续使用7天内过滤性能仍然稳定。通过SA水凝胶滤膜，对生物样品中的尿素（60D）、肌酐（113D）、尿酸（168D）、秋水仙碱（399D）、维生素B12（1355D）5种待测物进行了前处理。在本研究建立的HPLC色谱条件下，5种待测物成分能得到灵敏、快速、准确的分离。与目前的生物样品前处理的方法相比，在保证色谱柱安全性、检测结果准确性好、灵敏度高的同时，使用SA水凝胶滤膜进行生物样品前处理，简化了前处理过程，降低了检测成本，提高了检测效率。这为水凝胶过滤膜材料的选择以及生物样品的前处理方法提供了一定参考价值。<br>　　综上所述，本论文设计并合成了多种海藻酸盐基水凝胶，同时成功构建了人造血管、多功能传感器以及水凝胶过滤膜，为海藻酸盐基水凝胶在组织工程、传感监测和化学分析等领域中的应用提供了新的思路、开阔了发展空间。