仿生中空叠层结构壳聚糖材料的构建、形成机理及性能的研究

经过亿万年的进化，天然材料具有一些特殊的结构和优异的力学性能。在大量分析天然材料结构的基础上，我们提出构建具有仿生中空叠层结构的三维壳聚糖棒材，从而提高材料的力学性能，并且可以丰富仿生学的内容。采用具有聚集诱导发光性质的荧光分子标记壳聚糖，探索壳聚糖凝胶材料仿生结构的形成机理和动力学过程，探索不同离子种类、离子强度、不同孔径、不同膜厚、壳聚糖溶液的浓度、不同的碱、膜内外渗透压的大小，以及沉析时间等对凝胶棒材的层厚、层间距、形成速率以及凝胶棒材内径的影响。研究层厚、层间距、致密程度、内径大小与材料抗弯性能之间的关系，建立理论模型，研究中空结构和叠层结构对材料增强改性的协同效应，为改善材料的力学性能提供一个新思路。本研究致力于找到仿生材料学与实际应用的结合点，可以为骨科临床应用提供一种新材料。高强度的中空叠层结构壳聚糖棒材的研发在凝胶结构控制和骨科临床应用方面具有重要的科学意义和应用价值。

采用荧光分子标记壳聚糖，表征了壳聚糖凝胶微结构，研究了凝胶形成的动力学过程，探讨分析了叠层取向结构壳聚糖凝胶的形成机理；采用多价金属离子Fe2+、Fe3+和Cu2+调控壳聚糖材料结构形貌，实现了壳聚糖叠层结构层数、层厚的可控调节，大幅度提高了材料的力学性能；制备了仿生中空叠层结构的多聚磷酸钠/壳聚糖棒材，并从理论上分析了中空叠层结构与力学性能之间的关系，为改善材料的力学性能提供一个新思路；采用MC3T3成骨细胞研究了壳聚糖材料的生物相容性，为该仿生中空叠层结构壳聚糖材料在骨科中应用奠定了基础。高强度的中空叠层结构壳聚糖棒材的研发在凝胶结构控制和骨科临床应用方面具有重要的科学意义和应用价值。