提高聚丙烯酰胺水凝胶粘附性能的方法及所得聚丙烯酰胺水凝胶技术

本发明专利技术提供一种提高聚丙烯酰胺水凝胶粘附性能的方法及所得聚丙烯酰胺水凝胶。所述方法包括以下步骤(1)将透明质酸或其盐的接枝多巴胺的改性物和可溶性四硼酸盐于去离子水中混合均匀，形成第一交联网络；(2)加入丙烯酰胺、交联剂，然后冰浴条件下加入引发剂和四甲基乙二胺，混合均匀后于0～4℃下聚合，得到聚丙烯酰胺水凝胶，其中，步骤(1)中，所述改性物的多巴胺接枝率为30％～32％，所述改性物与四硼酸盐的质量比为5:(2～1)；步骤(2)中加入的丙烯酰胺和步骤(1)中改性物的质量比为(18～20):1，所述透明质酸盐为钾盐或钠盐。所述方法可大幅改善制得的聚丙烯酰胺水凝胶的粘附性能。

Methods for improving the adhesion properties of polyacrylamide hydrogels and the obtained polyacrylamide hydrogels

The invention provides a method for improving the adhesion performance of polyacrylamide hydrogel and the obtained polyacrylamide hydrogel. The method comprises the following steps: (1) mixing hyaluronic acid or its salt grafted dopamine modifier and soluble tetraborate in deionized water evenly to form the first crosslinking network; (2) adding acrylamide and crosslinking agent, then adding initiator and tetramethylethylenediamine under ice bath condition, mixing evenly and then polymerizing at 0-4 degrees C to obtain polyacrylamide hydrogel, in which, In step (1), the dopamine grafting rate of the modifier is 30%-32%, the mass ratio of the modifier to tetraborate is 5:(2-1); the mass ratio of the acrylamide added in step (2) and the modifier in step (1) is (18-20): 1, and the hyaluronate is potassium salt or sodium salt. The method can greatly improve the adhesion property of the prepared polyacrylamide hydrogel.

【技术实现步骤摘要】
提高聚丙烯酰胺水凝胶粘附性能的方法及所得聚丙烯酰胺水凝胶
本专利技术涉及生物医用材料，特别涉及一种提高聚丙烯酰胺水凝胶粘附性能的方法及所得聚丙烯酰胺水凝胶。
技术介绍
自修复水凝胶是一类在结构被损坏后可以快速的自我修复断裂界面并恢复初始性能的水凝胶材料。由于其具有很好的自修复性能，不仅能延长材料的使用寿命，还可提高材料的安全性能，因此被广泛的应用在生物传感、仿生电子皮肤及可穿戴电子设备等领域。目前报道的绝大多数自修复水凝胶都需要一定的外界刺激才可以完成，而且还缺乏一定的粘附性能，需要借助其他手段来达到粘附的效果。研究表明海洋贻贝的足腺细胞能够分泌出一种具有粘附性能的足丝，其富含二羟基苯丙氨酸和赖氨酸。当粘附蛋白与基体接触时，起粘附作用的儿茶酚基团和赖氨酸就可与基体发生某些反应，使得贻贝粘液可实现从金属到有机物等不同材料表面的粘附。受贻贝独特的粘附性启发，通过化学方法将多巴胺接枝到一些高分子的链段上，使其具有贻贝的粘附性，以用来制备具有粘附特性的水凝胶成为了现在学者研究的热点。中国专利文献CN108264611A公开了一种聚丙烯酰胺水凝胶，与多巴胺接枝改性的透明质酸钠形成互穿网络，提高所得聚丙烯酰胺水凝胶的粘附性能。在实现本专利技术的过程中，专利技术人发现现有技术中至少存在以下问题：聚丙烯酰胺水凝胶的粘附性能有待进一步获得改善。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术提供一种提高聚丙烯酰胺水凝胶粘附性能的方法及所得聚丙烯酰胺水凝胶。具体而言，根据本专利技术的第一方面，本专利技术实施例提供了一种提高聚丙烯酰胺水凝胶粘附性能的方法，包括以下步骤：(1)将透明质酸或其盐的接枝多巴胺的改性物和可溶性四硼酸盐于去离子水中混合均匀，形成第一交联网络；(2)加入丙烯酰胺、交联剂，然后冰浴条件下加入引发剂和四甲基乙二胺，混合均匀后于0～4℃下聚合，得到聚丙烯酰胺水凝胶，其中，步骤(1)中，所述改性物的多巴胺接枝率为30％～32％，所述改性物与四硼酸盐的质量比为5:(2～1)；步骤(2)中加入的丙烯酰胺和步骤(1)中改性物的质量比为(18～20):1，所述透明质酸盐为钾盐或钠盐。优选的，所述改性物由透明质酸或其盐通过酰胺化反应接枝多巴胺得到。作为现有技术，低分子量的透明质酸或其盐有助于多巴胺对其进行改性，优选透明质酸或其盐的分子量范围为10kDa～1000kDa，更优选为10kDa～100kDa(如20kDa、40kDa等)。具体的，所述改性物通过下述方法得到：室温条件下，称取1g透明质酸或其盐，加入100～120mL1mol/L的PBS缓冲溶液，搅拌待完全溶解后调节溶液的pH为4～6，再依次加入催化剂0.47～0.50g的1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺和0.28～0.30g的N-羟基琥珀酰亚胺，充分搅拌溶解，通入N225～30min除去三口烧瓶中的空气来防止多巴胺被氧化，冰浴条件下加入0.47～0.56g多巴胺盐酸盐，充分搅拌溶解0～4℃下反应10～12h，其中多巴胺盐酸盐、1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺和N-羟基琥珀酰亚胺的摩尔比为(1～1.2):1:1，提纯后得到所述改性物。进一步具体的，所述提纯的具体方法为：将反应后的溶液置于透析袋中，用pH为4～6的去离子水透析除去未反应的原料及副产物，对透析袋中的溶液进行冷冻干燥，得到所述改性物。透析袋的截留分子量可由本领域技术人员根据具体情况进行选择，例如为14kDa。优选的，步骤(2)中所述交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺，所述引发剂为过硫酸铵。更优选的，步骤(2)中每0.5g丙烯酰胺加入0.6～1mgN,N-亚甲基双丙烯酰胺、0.02～0.05g过硫酸铵以及5～10μL四甲基乙二胺。更优选的，步骤(2)的具体操作步骤为：加入丙烯酰胺、N,N-亚甲基双丙烯酰胺搅拌；在冰浴条件下加入过硫酸铵，待搅拌溶解后，加入四甲基乙二胺冰浴搅拌至溶解，立即将混合液转移到模具中，然后置于0～4℃冰箱中聚合，即可得到所述聚丙烯酰胺水凝胶。根据本专利技术的第二方面，本专利技术实施例提供了上述方法得到的聚丙烯酰胺水凝胶。本专利技术实施例提供的技术方案的有益效果至少包括：本专利技术实施例提供了一种聚丙烯酰胺水凝胶及其制备方法，聚丙烯酰胺水凝胶粘附性能获得大幅改善。所述聚丙烯酰胺水凝胶由多巴胺(DA)改性的线型高分子透明质酸或其盐与四硼酸盐(Borax)交联获得的第一网络和第二网络聚丙烯酰胺(PAM)组成。这种方法巧妙地避开了传统粘附水凝胶制备工程中消耗多巴胺分子上酚羟基的缺点，可达到提高粘附性、增强拉伸性能的目的。同时，四硼酸盐与透明质酸钠上的羟基之间形成大量的硼酯键，赋予了粘附水凝胶很好的自修复性能。更重要的是，引入四硼酸盐使水凝胶的粘附性能得到大幅提升。本方法所制备的自修复粘附水凝胶可运用于智能可穿戴设备(传感器)中，直接的附着在人体的皮肤，可以避免应变传感器与皮肤之间的界面分层和摩擦，有助于检测生物信号和提高检测的精确性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为实施例1中所得多巴胺改性透明质酸钠的紫外可见光谱图。图2为实施例1制备的多巴胺改性透明质酸钠的核磁共振谱图。图3为实施例1所得聚丙烯酰胺水凝胶的扫描电镜图。图4为实施例1、对比例1、对比例2所得水凝胶对石英玻璃的黏附强度柱状图。图5为实施例1、对比例1、对比例2所得水凝胶的拉伸强度图。具体实施方式为使本专利技术的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。根据本专利技术的第一方面，本专利技术实施例提供了一种提高聚丙烯酰胺水凝胶粘附性能的方法，包括以下步骤：(1)将透明质酸或其盐的接枝多巴胺的改性物和可溶性四硼酸盐于去离子水中混合均匀，形成第一交联网络；(2)加入丙烯酰胺、交联剂，然后冰浴条件下加入引发剂和四甲基乙二胺，混合均匀后于0～4℃下聚合，得到聚丙烯酰胺水凝胶，其中，步骤(1)中，所述改性物的多巴胺接枝率为30％～32％，所述改性物与四硼酸盐的质量比为5:(2～1)；步骤(2)中加入的丙烯酰胺和步骤(1)中改性物的质量比为(18～20):1，所述透明质酸盐为钾盐或钠盐。优选的，所述改性物由透明质酸或其盐通过酰胺化反应接枝多巴胺得到。作为现有技术，低分子量的透明质酸或其盐有助于多巴胺对其进行改性，优选透明质酸或其盐的分子量范围为10kDa～1000kDa，更优选为10kDa～100kDa(如20kDa、40kDa等)。具体的，所述改性物通过下述方法得到：室温条件下，称取1g透明质酸或其盐，加入100～120mL1mol/L的PBS缓冲溶液，搅拌待完全溶解后调节溶液的pH为4～6，再依次加入催化剂0.47～0.50g的1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺和0.28～0.30g的N-羟基琥珀酰亚胺，充分搅拌溶解，通入N225～30min除去三口烧瓶中的空气来防止多巴胺被氧化，冰浴条件下加入0.47～0.56g多巴胺盐酸盐，充分搅拌溶解0～4℃下反应10～12h，其中多巴胺盐酸盐、1-(3-二甲基氨基丙基)-3-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高聚丙烯酰胺水凝胶粘附性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将透明质酸或其盐的接枝多巴胺的改性物和可溶性四硼酸盐于去离子水中混合均匀，形成第一交联网络；(2)加入丙烯酰胺、交联剂，然后冰浴条件下加入引发剂和四甲基乙二胺，混合均匀后于0～4℃下聚合，得到聚丙烯酰胺水凝胶，其中，步骤(1)中，所述改性物的多巴胺接枝率为30％～32％，所述改性物与四硼酸盐的质量比为5:(2～1)；步骤(2)中加入的丙烯酰胺和步骤(1)中改性物的质量比为(18～20):1，所述透明质酸盐为钾盐或钠盐。

【技术特征摘要】
1.一种提高聚丙烯酰胺水凝胶粘附性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将透明质酸或其盐的接枝多巴胺的改性物和可溶性四硼酸盐于去离子水中混合均匀，形成第一交联网络；(2)加入丙烯酰胺、交联剂，然后冰浴条件下加入引发剂和四甲基乙二胺，混合均匀后于0～4℃下聚合，得到聚丙烯酰胺水凝胶，其中，步骤(1)中，所述改性物的多巴胺接枝率为30％～32％，所述改性物与四硼酸盐的质量比为5:(2～1)；步骤(2)中加入的丙烯酰胺和步骤(1)中改性物的质量比为(18～20):1，所述透明质酸盐为钾盐或钠盐。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述改性物由透明质酸或其盐通过酰胺化反应接枝多巴胺得到。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述透明质酸或其盐的分子量为10kDa～1000kDa。4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述改性物通过下述方法得到：室温条件下，称取1g透明质酸或其盐，加入100～120mL1mol/L的PBS缓冲溶液，搅拌待完全溶解后调节溶液的pH为4～6，再依次加入催化剂0.47～0.50g的1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺和0.28～0.30g的N-羟基琥珀酰亚胺，充分搅拌溶解，通入N225～30min除去三口烧瓶中...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹一平，贝中武，黄园，尤庆亮，
申请(专利权)人：江汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42