水凝胶是一类高度水合和柔韧的3D网络高分子聚合物材料,能够在水中溶胀并保有大量水,其中,聚乙二醇(PEG)水凝胶是研究和应用最广泛的水凝胶材料之一。PEG水凝胶具有优异的亲水性,良好的生物相容性,非免疫原性,抗蛋白质吸附等关键性能,而被广泛用于基因和药物输送基质和组织工程支架中。同时,在PEG水凝胶的交联网络中引入可水解或酶解降解交联剂,能够使PEG水凝胶具有生物降解性。但是,在特定条件下,水凝胶的“柔软性”已成为缺点,特别是当水凝胶的机械强度远低于某些生物组织时,提高水凝胶的力学性能已成为需要解决的问题。多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)具有立方笼形纳米结构和可修饰的多种官能团,具有良好的生物相容性,特殊的表面性能,强疏水性和高机械强度,已广泛应用于各类生物材料改性中。本论文通过以四枝状马来酰亚胺基功能化的聚乙二醇(4-arm-PEG-MAL)为交联单体,利用Micheal加成反应与不同类型的交联剂化学交联,制备出一系列具有不同降解率的高强度PEG水凝胶。然后对制备出的PEG水凝胶进行各项性能的研究,同时将细胞3D封装在不同PEG水凝胶中探究水凝胶结构对细胞的生长、增殖及分化的影响。本论文的主要内容包括以下所述的两个方面:1、首先利用POSS纳米粒子的高机械强度性能制备具有多官能团交联位点的以POSS为骨架的交联剂。为了改善POSS的疏水性,在POSS末端的可修饰官能团中共价接枝具有不同分子量的亲水性PEG,合成一系列具有不同PEG链长的亲水性POSS-PEG-SH交联剂。该类交联剂通过Steghlich酯化反应,在结构上引入了大量可水解的酯键,为接下来的水凝胶制备提供了水解降解条件。然后将具有不同PEG链长的亲水性POSS-PEG-SH交联剂与单体4-arm-PEG-MA通过Michael加成反应交联,在水相中制备出一系列高强度可水解降解型POSS-PEG杂化水凝胶,对成胶情况、交联单体分子量及固含量进行探讨,同时对该类水凝胶的微观形貌,溶胀性能,降解性能,力学性能及生物相容性进行研究。结果表明,该类POSS-PEG杂化水凝胶具有均匀的网络交联孔状结构,优异的溶胀性以及良好的生物相容性,可水解降解性,POSS纳米粒子的引入提高了PEG水凝胶的力学性能。所有性能均与交联剂上PEG分子量及固含量有关。2、引入另外两种交联剂:基质金属蛋白酶底物肽(MMP(W)X)以及巯基功能化的链状PEG(PEG-dithiol)。MMP(W)X能够利用细胞自身分泌的蛋白酶MMPs对其进行剪切,使水凝胶具有酶解降解性。PEG-dithiol具有高反应活性、但不含可降解官能团,不能使水凝胶具有降解性。通过调节两种交联剂的比例,制备出具有不同可降解交联剂含量的PEG水凝胶。探究不同可降解交联剂对PEG水凝胶微观形貌、力学性能、降解率、溶胀性及生物相容性的影响,同时通过3D封装骨髓间充质干细胞BMSCs于PEG水凝胶内,探究不同可降解交联剂含量对细胞增殖、分化的影响。结果表明,所有水凝胶均具有相同三维均匀网络孔状结构、高力学性能、良好的溶胀性、可酶解降解性,并且具有良好的生物相容性及细胞分化性,使该PEG水凝胶具有运用于组织工程支架材料的潜力。总之本论文分别引入不同的交联剂制备高强度生物降解性PEG水凝胶,并通过对各类交联剂制备的两类PEG水凝胶的微观形貌、力学强度、溶胀性能、降解性及生物相容性等性能的测试及研究,表明此两类PEG水凝胶具有均一的三维网络孔状结构、良好的溶胀率、可生物降解性,以及细胞3D封装水凝胶的良好生物相容性。对应用于组织工程支架材料中具有潜在的应用前景。