本发明专利技术公开了一种微波‑超声波耦合场中明胶基水凝胶的制备方法。本发明专利技术采用具有优良生物相容性的聚乙烯醇、羧甲基纤维素为支架，壳聚糖衍生物为交联剂，对明胶进行交联改性制备明胶基水凝胶，其包括如下所述的制备步骤：（1）按壳聚糖衍生物/明胶质量比为1:10~1:4混合，加入明胶质量50%~150%的聚乙烯醇或羧甲基纤维素，添加适量高纯水保证溶液固含量为20%~50%；（2）调节溶液pH为3.5~5.0，并于50~95℃水浴中加热使之呈透明溶液，放入到微波‑超声波耦合反应场中；（3）设置微波‑超声波耦合场中微波的频率为300MHz~1000MHz、超声波频率为500~1500MHz，70~95℃条件下反应1~3h；（4）冷冻干燥得水凝胶样品。因明胶及壳聚糖分子中可反应的官能团较多，因此得到的水凝胶对重金属、染料有较好的吸附性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种微波-超声波耦合场中明胶基水凝胶的制备方法，属于功能高分子领域。
技术介绍
水凝胶是一种在水中能显著溶胀，但是又不会溶解的三维网格状的聚合物凝胶，其通过分子缠结、氢键、疏水键、静电作用、π-π堆叠等非共价键或亚氨键、双硫键、离子键等作为交联点来实现其优异的保水性、生物相容性和化学物理性质。因其含水量高、材质柔软、具有橡胶般的粘弹性和良好的生物相容性而被广泛用于医疗、医药、人工器官、环保等方面[Hoffman AS. Hydrogels for biomedical applications[J]. Advanced DrugDelivery Reviews, 2002, 43:3-12.]。在过去的几十年里，水凝胶的研究已取得了很大的进展，已经成为材料科学的一个重要研究方向。虽然已经有一部分研究成果在社会生产生活中得以应用，但是目前距离真正实现产业化及应用普及阶段尚有一段距离。例如几类典型的温敏型水凝胶主要采用聚N-异丙基丙烯酰胺及其衍生物体系，虽然该体系水凝胶的低临界溶液温度与人体生理温度（37℃）接近，但是由于N-异丙基丙烯酰胺单体对人体有致畸、致癌等缺点，无法满足其在医学上的实际应用[王扬. 聚乙二醇基多重响应的高强度智能水凝胶的制备及性能研究[D]. 东华大学,2014.]。制备智能水凝胶材料的聚合物必须具备以下两个条件：高分子有适当的交联网络结构，并且在其主链或侧链上有大量的亲水基团[李富兰,周雪松,颜杰,张承红. NIPA系温敏凝胶的制备及应用研究进展[J]. 化学与生物工程,2011,28(7):5-9.]。除了聚N-异丙基丙烯酰胺外，近年来基于多肽和蛋白质的水凝胶体系受到广泛的关注，其凝胶化机制既可以是侧基之间的物理组装和聚集，也可以是反应性残基之间的可控反应。现在关于这方面的研究多集中在多肽-高分子水凝胶，蛋白质-高分子水凝胶体系，而对于大多数体内应用来讲，合成高分子的生物相容性及可降解性仍需慎重考虑，而完全基于多肽或蛋白质的水凝胶体系成为一个非常诱人的方向[王晓威,王晓曼,冉隆豪,张文彬. 基于多肽和蛋白质的水凝胶研究进展[J]. 高分子通报,2014, 27(8): 44-55.]。天然胶原是细胞外最重要的水不溶性纤维蛋白，其最普遍的结构特征是三股螺旋结构，基本结构单元为原胶原，其一级结构具有(Gly-X-Y)重复序列，其中Gly为甘氨酸，X常为脯氨酸，Y常为羟脯氨酸或羟赖氨酸，这些氨基酸通过酰胺键/肽键链接而成，同时由于构成胶原蛋白的氨基酸侧链中含有大量的亲水及疏水性基团，具备聚N-异丙基丙烯酰胺的基本结构。明胶为胶原的降解产物，属于一种天然多肽聚合物，其分子侧链中含有大量羟基、羧基、胍基、酰胺键等，故而生物活性较强，可作为水凝胶的基体，然而未经修饰的明胶稳定性和机械性较差，可通过交联的方法进一步改善明胶的性能[Bhuvanesh Gupta, MythiliTummalapalli, B.L. Deopura, M.S. Alam. Preparation and characterization ofin-situ crosslinked pectin-gelatin hydrogels [J]. Carbohydrate Polymers,2014,106:312-318.]。聚乙烯醇及羧甲基纤维素一类常见的高分子有机物，来源丰富且可再生，同时其可生物降解，可实现在自然界中的循环，是理想的绿色高分子材料。壳聚糖是天然的高分子聚合物，降解产物是氨基葡萄糖单体，对人体无不良反应，具有优良的生物相容性、无毒性及抗菌等作用。制备水凝胶的方法很多，常见的有：单体交联聚合、预聚体交联聚合、接枝共聚和聚合物互穿网络。前三者多是在交联剂存在的条件下，通过辐射或引发剂引发单体或预聚体，使之交联聚合而得到；而互穿网络是由两种或两种以上聚合物通过溶剂法各自交联、相互贯穿形成的共混物[Kiatkamjornwong S, Chomsaksakul W, Sonsuk M. Radiationmodification of water absorption of cassava starch by acrylic acid/acrylamide[J]. Radiation Physics and Chemistry, 2000,59(4):413-427. 李凤娟,林炜,程庆,穆畅道. 新型胶原/聚丙烯酸互穿网络pH敏感水凝胶的制备及性能研究[J]. 材料导报,2009,23(2):46-57.]。近年来，采用超声波辅助化学反应的方法已有报道，该方法是化学法与物理法的有机结合，超声波，是指频率在20~100kHz的声波，其对化学反应和过程有明显的促进作用，主要是借助于超声波的机械分散及“空化”作用，如强烈的震动、分散、产生自由基等。而微波是指频率在300MHz~300GHz的电磁波，其基本性质通常呈现穿透、反射和吸收三个特性，应用在化学反应方面主要是精确升温。因此本研究以聚乙烯醇或透明质酸为支架，壳聚糖衍生物和明胶为主体，在微波-超声波耦合场中制备明胶基水凝胶，通过改变反应参数对水凝胶的性能进行调控，在保留其优点的同时克服各自缺点，通过冷冻干燥法制备明胶基水凝胶。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种在微波-超声波耦合场中明胶基水凝胶的制备方法，选用可生物降解的聚乙烯醇或羧甲基纤维素为支架，以明胶及壳聚糖衍生物为主体，将其置于微波与超声波的耦合场中，通过调节聚乙烯醇或羧甲基纤维素、明胶、壳聚糖衍生物三者的比例，反应时间，反应温度，耦合场参数等变量制备明胶基水凝胶。一种微波-超声波耦合场中明胶基水凝胶的制备方法，具体的技术方案如下：按壳聚糖衍生物/明胶质量比为1:10~1:4混合，加入明胶质量50%~150%的聚乙烯醇或羧甲基纤维素，添加适量高纯水保证溶液固含量为20%~50%；调节溶液的pH为3.5~5.0，并于50~95℃水浴中加热使之呈透明溶液，放入到微波-超声波耦合反应场中，70~95℃条件下反应1~3h；冷冻干燥得明胶基水凝胶样品。所述的壳聚糖衍生物为氧化碱化壳聚糖、氧化壳聚糖中的一种。所述的微波-超声波耦合反应场的微波频率为300MHz~1000MHz，超声波的频率为500~ 1500MHz。相比于现有技术，本专利技术具有以下优点：1、制备了一种无毒且可生物降解的明胶基水凝胶，解决了现有技术中水凝胶基体的致畸致癌等生物毒性的问题。2、本专利技术的明胶基水凝胶以聚乙烯醇或羧甲基纤维素为支架，可通过改变聚乙烯醇或羧甲基纤维素与明胶的比例、壳聚糖衍生物与明胶的反应条件（如用量比、温度、时间、微波频率、超声波频率等）来调控水凝胶的力学性能及其最大吸水性，从而增加其强度及溶胀率，拓宽了应用范围，具有广阔的应用前景。具体实施方式为了加深对本专利技术的理解，以下结合具体实施方案对本专利技术做进一步详述，但不以任何方式限制本专利技术。实施例1称取一定量的明胶加入到三颈瓶中，加入明胶质量10%的氧化碱化壳聚糖、50%的聚乙烯醇，添加适量高纯水保证混合溶液的固含量为20%，调节混合液pH至3.5并于95℃水浴中加热使之呈透明溶液，放入到微波/超声波耦合反应场中，调节微波频率为300MHz、超本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种微波‑超声波耦合场中明胶基水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤如下：（1）按壳聚糖衍生物/明胶质量比为1:10~1:4混合，加入明胶质量50%~150%的聚乙烯醇或羧甲基纤维素，添加适量高纯水保证溶液固含量为20%~50%；（2）调节溶液pH为3.5~5.0，并于50~95℃水浴中加热使之呈透明溶液，放入到微波‑超声波耦合反应场中，70~95℃条件下反应1~3h；（3）设置微波‑超声波耦合场中微波的频率为300MHz~1000MHz、超声波频率为500~1500MHz；（4）冷冻干燥得样品。
【技术特征摘要】
1.一种微波-超声波耦合场中明胶基水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤如下：（1）按壳聚糖衍生物/明胶质量比为1:10~1:4混合，加入明胶质量50%~150%的聚乙烯醇或羧甲基纤维素，添加适量高纯水保证溶液固含量为20%~50%；（2）调节溶液pH为3.5~5.0，并于50~95℃水浴中加热使之呈透明溶液，放入到微波-超声波耦合反应场中，70~95℃条件下反应1~3h；（3）设置微波-超声波耦合场中微波的频率为300MHz~1000MHz、超声波频率为...
【专利技术属性】
技术研发人员：王亚娟，狄肖麟，张鑫，李亚，蒋岚，邵双喜，
申请(专利权)人：宁波工程学院，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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