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PEGPVA纳米复合水凝胶的制备与研究的开题报告一、研究背景随着生物医学技术的进步，生物材料的研究和应用已成为当前领域内的热门研究方向。
其中，PEGPVA纳米复合水凝胶的制备与研究是生物材料领域内的一个重要研究方向。
PEGPVA纳米复合水凝胶是由聚乙二醇（PEG）和聚乙烯醇（PVA）两种聚合物复合制备而成的一种水凝胶，其材料具有优异的生物相容性、生物吸附性以及生物降解性等特点，因此被广泛地应用于药物控释、组织工程、软组织修复以及生物医学成像等领域。
目前，PEGPVA纳米复合水凝胶的研究已成为生物医学材料领域内的热点问题。
二、研究目的本研究旨在探究PEGPVA纳米复合水凝胶的制备方法、性能特点以及其在药物控释中的应用，为生物材料领域内PEGPVA纳米复合水凝胶的研究和应用提供新的思路和方法。
三、研究内容及方法1、PEGPVA纳米复合水凝胶的制备方法研究采用化学交联法制备PEGPVA纳米复合水凝胶，以PEG、PVA、NHS、EDC、磷酸二氢钾等为原料，通过化学反应进行交联反应，制备PEGPVA 纳米复合水凝胶。
2、PEGPVA纳米复合水凝胶的表征分析通过红外光谱、扫描电镜、透射电镜、拉曼光谱等手段对制备的PEGPVA纳米复合水凝胶进行表征分析，以探究其化学组成、结构形态及粒径分布等特性。
3、PEGPVA纳米复合水凝胶的性能评价分别研究PEGPVA纳米复合水凝胶的力学性能、吸水性、药物释放性能以及细胞毒性等性能，并对比分析其与其他材料的差异。
4、PEGPVA纳米复合水凝胶的应用研究将PEGPVA纳米复合水凝胶应用于药物控释中，研究其药物释放的动力学、控释效果，探究其在药物控释中的应用优势。
四、研究意义本研究旨在探究PEGPVA纳米复合水凝胶的制备方法、性能特点以及其在药物控释中的应用，准确评价其在生物材料领域内的应用价值，有助于为PEGPVA纳米复合水凝胶的产业应用开发提供新思路。
同时，该研究成果的实施还将推动生物材料领域的发展，促进生物材料技术的前沿研究和成果共享。
pva复合水凝胶的制备及其性能研究一、简介PVA复合水凝胶是通过将聚乙烯醇（PVA）与其他添加剂的结合而制成的一种水凝胶。
与纯PVA凝胶相比，PVA复合水凝胶具有更好的性能，比如耐热度、强度、可塑性、抗紫外线能力以及抗氧化能力等。
本文主要介绍了PVA复合水凝胶的制备方法以及其性能研究过程。
二、制备方法1）PVA复合水凝胶的主要原料包括聚乙烯醇（PVA）、氢化淀粉、添加剂和水等。
2）将PVA，添加剂和氢化淀粉混合，将混合物置于搅拌机中搅拌，此时应将材料混合均匀。
3）将混合的PVA /添加剂/水/淀粉液注入平坦的模具中，然后用烘干机将其烘干完成。
4）将水凝胶置于室温环境，改变其湿度使之干燥，使其形成完整的水凝胶。
三、性能研究1）热稳定性：热稳定性是PVA复合水凝胶的一种重要性能，它指的是在高温条件下水凝胶的稳定性，其中热稳定性试验是根据标准ASTM D6262-00进行的。
实验结果表明，PVA复合水凝胶具有很高的热稳定性。
2）强度：强度与PVA复合水凝胶的力学性能有关，一般通过抗拉强度，抗弯曲强度和抗压强度来衡量。
通过强度测试，发现PVA复合水凝胶具有较高的抗拉强度和抗弯曲强度。
3）可塑性：可塑性指水凝胶对外界刺激的反应能力，如抗拉可塑性、抗压可塑性和抗缩可塑性等。
可塑性测试结果表明，PVA复合水凝胶具有较高的可塑性。
4）耐紫外线能力：耐紫外线能力在室外长期使用PVA复合水凝胶中至关重要，它是指在极端紫外线辐射条件下PVA复合水凝胶仍能保持其机械性能和形状不变的能力。
耐紫外线能力测试结果显示，PVA复合水凝胶具有很好的紫外线阻抗性。
5）抗氧化能力：抗氧化能力指水凝胶在遭受氧化条件下仍能保持其原有样子的能力。
通过抗氧化能力试验发现，PVA复合水凝胶具有较高的抗氧化能力，耐受恶劣环境也较好。
四、结论通过对PVA复合水凝胶的性能测试，可以看出，PVA复合水凝胶具有较高的热稳定性，强度和可塑性，耐紫外线能力和抗氧化能力也十分出色。
1.文献综述凝胶是高分子链之间以化学键形成的交联结构的溶胀体。
而高分子水凝胶是一种在水中只能溶胀，但不能溶解的亲水凝胶。
它是由水溶性高分子经适当的交联后形成的，水以不同的结合状态存在于高分子网络中，并有较好的稳定性。
这种亲水性高分子交联网络在水中溶胀形成凝胶时其溶胀质量可以是本身的几十倍甚至几百上千倍，故又称为超强吸水材料[1]。
凝胶的种类很多，按来源可分为天然和合成两大类。
天然的包括纤维素类，壳聚糖类，透明质酸等。
而合成的则有丙烯酸及其衍生物类，例如聚丙烯酸，聚甲基丙烯酸，聚丙烯酰胺，聚乙烯醇类等。
其中聚乙烯醇类则是自然界中唯一的水溶性凝胶。
在20 世纪50 年代,日本人曾根康夫最早注意到聚乙烯醇(PVA)水溶液的凝胶化现象。
聚乙烯醇凝胶可以通过物理、化学、辐照等方式可将聚乙烯醇交联制成具有优良吸水溶胀性、生物降解性和稳定性的水凝胶材料。
1.1 原料PVA的合成及性能1.1.1 原料PVA的制备聚乙烯醇(PVA)是重要的聚合物,乙烯醇是一种假想的单体，游离态的乙烯醇极不稳定，不能单独存在。
实验室要获得具有实用价值的聚乙烯醇，通常采用溶液聚合法,以醋酸乙烯为单体,偶氮二异丁腈为引发剂,甲醇为溶剂,加入分子量调节剂,通过多次优化实验条件,合成聚醋酸乙烯(PVAc),再以NaOH为催化剂,采用以甲醇为醇解剂的体系进行醇解反应，主要按下列反应进行：17-88型号PVA,工业上是采用先进的技术和工艺，以电石乙炔法生产的醋酸乙烯为原料，甲醇为溶剂，偶氮二异丁腈为引发剂，经聚合、醇解等工序制成。
其制备方法如下：电石的主要成分是碳化钙(CaC2)，碳化钙与水作用生成乙炔：CaC2 + H2O → HC≡CH +Ca(OH)2[ CH2-CH ]n+ nCH3OH OCOCH3 NaOH[CH2-CH ]n+ nCH3COOCH3OH乙炔与醋酸为原料，以醋酸乙烯为催化剂可以制得醋酸乙烯：HC≡CH + CH3COOH →H2C = CH∣OCOCH3将反应制得到的醋酸乙烯单体以甲醇为溶剂，偶氮二异丁腈为引发剂，经聚合、醇解等工序制成聚乙烯醇。
聚乙烯醇水凝胶的制备及应用进展吴李国 章悦庭 胡绍华(东华大学纤维材料改性国家重点实验室,上海,200051)摘要 综述了PVA 水凝胶的制备进展,详细介绍了PVA 水凝胶的最新应用研究。
关键词:聚乙烯醇,水凝胶,制备,应用中图法分类号:TQ31 高分子凝胶是线性高分子链通过交联形成三维网状结构,再经过大量溶剂溶胀形成的一种胶态物质[1]。
“凝胶”的称谓是由胶体化学创始人Graham 于19世纪后半叶提出的。
最早的凝胶应用可以追溯到中国古代的豆腐制作。
现代的凝胶研究则始于水溶胶领域明胶的研究[2]。
最初的凝胶研究只限于凝胶的溶胀等基本现象,例如对天然橡胶在有机溶剂中溶胀时压力与浓度的关系等等。
20世纪30年代起,科学家开始系统地研究凝胶化(Gelation )过程,主要体现在基础理论的研究和工艺学研究两方面。
Flor y 提出了利用单体聚合制造网络的临界条件,此后,Flor y 又和R ehner 提出了网络结构的溶胀理论。
Eldridge 和Ferr y 则研究了热可逆溶胶的凝胶点和聚合物浓度的关系。
凝胶按照分散相介质的不同而分为水凝胶(hydro -gel )、醇凝胶(alc ogel )和气凝胶(aerogel )等。
因此,水凝胶的分散相介质是水,它是由水溶性分子经过交联后形成的,能够在水中溶胀并且保持大量水分而不溶解的胶态物质。
20世纪50年代,日本人曾根康夫[3]最早注意到聚乙烯醇(P V A )水溶液的凝胶化现象。
由于P V A 水凝胶除了具备一般水凝胶的性能外,特别具有毒性低、机械性能优良(高弹性模量和高的机械强度)、吸水量高和生物相容性好等优点,因而倍受青睐。
P V A 水凝胶在生物医学和工业方面的用途非常广泛。
这里就PV A 水凝胶最新的制备和应用研究进展作一综述。
1 PVA 水凝胶的制备PVA 水凝胶的制备按照交联的方法可分为化学交联和物理交联。
化学交联又分辐射交联和化学试剂交联两大类。
PVA水凝胶的制备与研究关键词：PVA水凝胶制备研究表征应用摘要：简要评述了聚乙烯醇水凝胶的制备方法,评述了PV A水凝胶的研究现状与前景展望，详细介绍了本课题传统PV A水凝胶及温敏性凝胶的制备测试方法，总结了凝胶的应用，并展望了未来PV A水凝胶的发展趋势。
高分子凝胶是基础研究以及技术领域的一种重要材料。
凝胶是指溶胀了的高分子聚合物相互联结，形成三维空间网状结构，又在网状结构的空隙中填充了液体介质的分散体系。
近几年，高分子水性凝胶（又被称为水凝胶）的研究获得了极大的重视。
水凝胶是一种网络结构中含有大量水而不溶于水的高分子聚合物，具有良好的柔软性、弹性、储液能力和生物相容性，在生物医学和生物工程中具有广泛的用途。
常见的水凝胶有聚酰胺水凝胶、聚乙烯醇水凝胶、聚N-异丙基丙烯酰胺温敏性水凝胶等。
本课题主要针对于PV A水凝胶。
1 PV A水凝胶的制备PV A水凝胶的制备按照交联的方法可分为化学交联和物理交联。
化学交联又分辐射交联和化学试剂交联两大类。
辐射交联主要利用电子束、γ射线、紫外线等直接辐射PV A溶液，使得PV A分子问通过产生自由基而交联在一起。
化学试剂交联则是采用化学交联剂使得PV A分子间发生化学交联而形成凝胶，常用的交联剂有醛类、硼酸、环氧氯丙烷以及可以与PV A通过配位络台形成凝胶的重金属盐等等。
物理交联主要是反复冷冻解冻法。
1.1 物理交联法通过物理交联法制备聚乙烯醇水凝胶，报道中最多的是使用“冷冻-熔融法”和“冻结-部分脱水法”两种方法。
反复冻融法是将一定浓度的PV A水溶液在-10~-40℃冷冻1d左右，再在25℃条件下解冻1~3h，即形成物理交联的PV A水凝胶。
将其反复冷冻、解冻几次后，就可以使其一些物理性能和机械性能等有很大的改善。
冷冻使水溶液中的PV A的分子链在某一时刻的运动状态“冻结”下来，接触着的分子链可以发生相互作用及链缠结，通过范德华力和氢键等的物理作用紧密结合，在某一微区不在分开，成为“缠结点”。
Advances in Material Chemistry 材料化学前沿, 2014, 2, 32-37Published Online April 2014 in Hans. /journal/amc/10.12677/amc.2014.22005The Progress of Modification andBiomedical Applications of HydrogelsZhenchao Guo1,2 , Ke Hu1,2, Xiaoe Ma1,2, Naizhen Zhou1,2, Tianzhu Zhang1,2*, Ning Gu1,21School of Biological Science and Medical Engineering, Southeast University, Nanjing2Jiangsu Key Laboratory of Biological Materials and Devices, NanjingEmail: *zhangtianzhulq@Received: Mar. 26th, 2014; revised: Apr. 10th, 2014; accepted: Apr. 18th, 2014Copyright © 2014 by authors and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY)./licenses/by/4.0/AbstractModification of hydrogels is the necessary precondition of their applications in many biomedical fields. This paper summarized the modification of composit hydrogel of Polyvinyl Alcohol (PVA) and gelatin, protein hydrogel, nano hydrogel and other smart hydrogels. At the same time, it also points out that it is important to keep a close eye on biocompatibility, modified cost, biodegrada-bility and application range of modified hydrogels, in order to put these hydrogels to clinical ap-plication, and obtain a wider range of applications.KeywordsComposite Hydrogel, Smart Hydrogels, Modification of Hydrogel, Biomedical Application水凝胶的改性及其在生物医学中的应用研究进展郭振超1,2，胡克1,2，马晓娥1,2，周乃珍1,2，张天柱1,2*，顾宁1,21东南大学生物科学与医学工程学院，南京2江苏省生物材料与器件重点实验室，南京Email: *zhangtianzhulq@*通讯作者。
PVA水凝胶的制备与研究关键词：PVA水凝胶制备研究表征应用摘要：简要评述了聚乙烯醇水凝胶的制备方法,评述了PV A水凝胶的研究现状与前景展望，详细介绍了本课题传统PV A水凝胶及温敏性凝胶的制备测试方法，总结了凝胶的应用，并展望了未来PV A水凝胶的发展趋势。
高分子凝胶是基础研究以及技术领域的一种重要材料。
凝胶是指溶胀了的高分子聚合物相互联结，形成三维空间网状结构，又在网状结构的空隙中填充了液体介质的分散体系。
近几年，高分子水性凝胶（又被称为水凝胶）的研究获得了极大的重视。
水凝胶是一种网络结构中含有大量水而不溶于水的高分子聚合物，具有良好的柔软性、弹性、储液能力和生物相容性，在生物医学和生物工程中具有广泛的用途。
常见的水凝胶有聚酰胺水凝胶、聚乙烯醇水凝胶、聚N-异丙基丙烯酰胺温敏性水凝胶等。
本课题主要针对于PV A水凝胶。
1 PV A水凝胶的制备PV A水凝胶的制备按照交联的方法可分为化学交联和物理交联。
化学交联又分辐射交联和化学试剂交联两大类。
辐射交联主要利用电子束、γ射线、紫外线等直接辐射PV A溶液，使得PV A分子问通过产生自由基而交联在一起。
化学试剂交联则是采用化学交联剂使得PV A分子间发生化学交联而形成凝胶，常用的交联剂有醛类、硼酸、环氧氯丙烷以及可以与PV A通过配位络台形成凝胶的重金属盐等等。
物理交联主要是反复冷冻解冻法。
1.1 物理交联法通过物理交联法制备聚乙烯醇水凝胶，报道中最多的是使用“冷冻-熔融法”和“冻结-部分脱水法”两种方法。
反复冻融法是将一定浓度的PV A水溶液在-10~-40℃冷冻1d左右，再在25℃条件下解冻1~3h，即形成物理交联的PV A水凝胶。
将其反复冷冻、解冻几次后，就可以使其一些物理性能和机械性能等有很大的改善。
冷冻使水溶液中的PV A的分子链在某一时刻的运动状态“冻结”下来，接触着的分子链可以发生相互作用及链缠结，通过范德华力和氢键等的物理作用紧密结合，在某一微区不在分开，成为“缠结点”。
PVA水凝胶制备,改性及在生物医学工程中的研究进展
作者：李一凡刘捷李政雄
来源：《硅谷》2012年第07期
摘要：聚乙烯醇（PVA）水凝胶由于良好的理化和生物性能，在近几十年里得到极大的发展。
就PVA水凝胶的制备、改性、及应用进行介绍。
其中重点综述水凝胶的“反复冷冻解冻”法的制备，与生物大分子明胶的共混改性，和在生物医学工程方面的研究应用。
关键词：聚乙烯醇水凝胶；制备；改性；应用
中图分类号：R318.08文献标识码：A文章编号：1671－7597（2012）0410005-02
0 前言
聚乙烯醇（PVA）是由醋酸乙烯酯经过醇解，水解或氨解而得到的水溶性高聚物。
PVA 水凝胶是线性高分子通过交联形成三维网状结构，再经过大量溶剂溶胀形成的一种胶态物质。
PVA水凝胶由于具有低毒性，吸水量高，机械性能优良（高弹性模量和高机械强度）以及生物相容性[1]好等优点，在生物医药，食品工业，渔林业等方面备受瞩目。
本文简述了PVA水凝胶的制备方法、改性研究及应用，同时详细介绍了PVA水凝胶“反复冷冻解冻法”的机制、特点，与生物大分子明胶的共混改性及在生物医药方面的应用[2-7]。
1 PVA水凝胶的制备
PVA水凝胶的合成根据交联机制可以分为物理交联法，化学交联法和辐射交联法三种。
物理交联目前报导中使用最多的是“反复冷冻解冻法”[8-9]和“冻结部分脱水法”[10-11]通过物理交联得到的水凝胶物理机械性能有很大的改善，交联过程可逆，但是透光性不好。
可通过改变溶剂类型或使用混合溶剂等方法来改善。
日本Hyon[12]等人用水和DMSO有机溶剂，通过冷冻处理得到透光率高的PVA水凝胶。
化学交联主要采用化学交联剂，通过共价键或配位键的作用使PVA分子链之间形成凝胶。
通过化学交联制得的水凝胶，保水性和某些力学强度有一定提高，但是透明性不好且含水量不高。
辐射交联主要是利用γ射线、电子束、X光及紫外线等直接辐射PVA水溶液，或辐射用物理交联法制成的PVA水凝胶。
经辐射制得的水凝胶因不需要添加任何添加剂，所以PVA纯度高，光学透明性好，但力学强度不高，抗蠕变性差，同时强烈的反应条件常常造成某些优异性能的损失。
将辐射交联制得的PVA水凝胶经一定的物理处理过程可以使凝胶部分结晶化，从而提高了机械强度[13]。
2 “反复冷冻解冻法”PVA水凝胶成胶机制及性能特点
2.1 “反复冷冻解冻法”PVA水凝胶成胶机制
此法是将一定浓度的PVA水溶液浇铸于模具中，在-10℃～-40℃的条件下冷冻成型。
时间为一天左右。
然后将试样在室温下放置1～2小时融化，上述冷冻，解冻过程反复数次（一般为三到五次），可以得到弹性好，具有一定的机械强度、不透明的水凝胶。
此法的成胶机制目前比较成熟的有以下两点[14]：1）凝胶化是网络形成的结果且在凝胶化初始阶段形成高分子聚集区和非聚集区。
2）凝胶在水溶液中形成首先是高分子氢键的作用。
这种物理交联所制备的水凝胶是分子链间通过氢键和微晶区等物理交联点形成的三维网络结构。
当PVA溶液冷冻处理时，分子链运动减弱，链之间的接触时间变长，链之间的距离缩短，有利于分子链上的羟基间形成氢键缔合，同时PVA在低温下结晶作用，促使了物理网络交联点的形成，使形成了完善程度不一的结晶结构。
柳明珠等认为当在室温下解冻时，由于交联点仍然稳定，所以该凝胶不会溶解。
当反复冷冻处理后，少量可以活动的链段及未交联的分子链进一步交联，使得结晶结构不断完善，进而形成不溶于水的凝胶。
Willcox研究表明：链段中微晶的形成，多数由第一次的冷冻解冻中决定。
编排链段成3～8纳米的间距，被分隔与平均距离为30纳米的不规则的网格中。
2.2 “反复冷冻解冻法”PVA水凝胶成型条件及特点
“反复冷冻解冻”法制备的水凝胶具有高强度高弹性，含水率也较高。
凝胶的成型条件取决于PVA的分子量，浓度，冷冻条件、解冻条件及循环次数。
潘育松等人研究表明：此方法制备的PVA水凝胶的拉伸强度和拉伸模量随凝胶的浓度和冷冻解冻次数的增加而增大。
最高拉伸强度可达2.27MPa。
但当浓度大于20%时，溶液粘度较大，分子量较大时影响微晶的形成显著。
所以常用浓度在7%～15%之间。
冷冻温度不仅影响冷冻动力学而且影响界面间相平衡。
冷冻温度一般在低于-10℃下进行。
我们实验发现，15%的PVA溶液在-20℃下具有好的物理及力学性能，所以-20℃是常用的冷冻温度。
此方法制备的PVA水凝胶不使用有毒性的有机交联剂，保持了良好的生物相容性，属于可逆性水凝胶，随着环境参数的变化，可以使物理交联点改变，还可以被溶解。
因为方法简单，所制水凝胶与化学交联无明显差别，因此近年来备受亲睐，在许多领域，极具开发潜力。
3 PVA水凝胶的改性方法及与明胶复合的研究
3.1 PVA水凝胶常用的改性方法
PVA水凝胶常用的改性方法有：1）化学改性法：通过接枝等化学方法，改变PVA分子链的化学结构，或把水凝胶接枝到具有一定强度的载体上。
如将利用苯酐或琥珀酸酐与PVA 酯化，可得到侧链含有羧基的PVA。
这种PVA还可以与双官能团的化合物如芳香族二环氧甘油醚反应，得到交联的PVA。
这种立体网络结构使PVA薄膜的化学稳定性和选择性提高
[19]。
2）物理共混法：利用高分子链间分子间作用力形成分子聚集体，从而制备出性能优良的复合体系。
但复合的材料要有良好的互溶性。
例如董彦博[20]等以丙三醇为增塑剂，加入一定量的淀粉，对PVA膜进行了改性，研究表明，加入淀粉后薄膜的水溶性得到很大改善。
3）与无机填料或有机小分子复合：其中无机填料包括生物活性陶瓷颗粒，如磷酸三钙，生物活性玻璃等。
不仅保持了生物活性，同时提高了力学性能。
有机小分子经常用复合润滑剂，来降低PVA水凝胶的摩擦系数，改善摩擦性能。
4）与生物活性分子的复合：一般通过生物活性分子的水溶液或悬浮液同PVA溶液共混，制得成型凝胶或用生物活性分子的溶液淋洗水凝胶，让生物活性分子扩散进去。
常用的生物活性分子有胶原质，透明质酸盐、纤维素、壳聚糖，海藻酸盐等。
3.2 PVA水凝胶与明胶复合研究
胶原是最丰富的哺乳动物蛋白质，明胶是胶原降解的产物。
降解后的明胶仍然保持着胶原的某些构想与属性。
明胶具有良好的生物亲和性，是天然的聚合物，没有抗原性，在体内能完全吸收。
同时有大量的功能基团可被交联，理化性质可调。
明胶随温度升高或降低具有溶胶与凝胶的可逆转化的优良特性，但未交联的明胶膜易溶于水、硬脆，力学性能差。
因此可与PVA水凝胶共混改性，得到理化及生物性能优良的复合物。
因明胶廉价易得，因此PVA水凝胶与明胶的复合研究，尤其在生物医药方面具有巨大的实际生产意义。
目前报导的PVA水凝胶与明胶复合的方法有是将一定量的明胶加热溶解，加入到一定浓度的PVA水溶液中，将两种溶液按一定比例混合，浇铸到模具中，反复冷冻成型，解冻，制得复合水凝胶。
我们通过实验得出：当总浓度为15%的混合溶液制得的复合膜中，当PVA和明胶的质量比低于1:1时，明胶溶解，不能形成复合膜。
用扫描电镜观察膜表面形貌，当PVA：明胶质量为4:1时，膜表面有呈海岛结构的微小颗粒不均匀分布。
说明两者的相容性差。
当质量比达到9:1时，共混膜中颗粒消失，达到互容。
这是由于当PVA含量过低，明胶含量过高时，网络交联是以明胶间的相互作用为主，PVA只起到填充剂的作用。
所以明胶PVA之间无法形成整体。
尤春等通过实验得出：PVA与明胶质量比为6:1的水凝胶具有较大的拉伸强度和断裂伸长率，9:1的拉伸强度与断裂伸长率比6:1的小，但略大于纯PVA水凝胶膜。
同时根据公式，溶胀度=[(mt-md)]\md×100%，其中mt是t时刻的凝胶质量，md是干凝胶质量，随着PVA与明胶比例的增大而减小。
9:1配比时具有小的溶胀度，表现好的稳定性。
