一种具有优异回弹性的生物友好水凝胶制备方法技术

本发明专利技术涉及一种具有优异回弹性的生物友好水凝胶制备方法，该凝胶在PVA-PEG凝胶中引入八氨盐基笼状倍半硅氧烷和端羟基笼状倍半硅氧烷，并通过重复冷冻法实现凝胶的成形。该凝胶具有优异的力学强度及生物相容性，且制备工艺简单，可运用于组织工程领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属水凝胶的制备方法，特别是涉及一种优异回弹性、良好生物相容性及机械性能的水凝胶的制备方法。
技术介绍
高分子凝胶是指三维网络结构的高分子化合物与溶剂组成的体系，其中的高分子以范德华力，化学键力，物理缠绕力，氢键力等连接。由于它是一种三维网络立体结构，因此它不能被溶剂溶解，同时分散在溶剂中并能保持一定的形状。溶剂虽然不能将三维网状结构的高分子溶解，但高分子化合物中亲溶剂的基团部分却可以被溶剂作用而使高分子溶胀，这也是形成高分子凝胶的原因。生物医药用凝胶，以对人体组织的模拟与性能的控制为终极目标，对凝胶的生物相容性、可降解性、力学性能、细胞或蛋白黏附性、药物缓释性、特殊选择性等提出了很高的要求。近年来，多种不同合成及天然大分子被用于此领域的研究。合成材料如聚乳酸（PLA），聚氨酯（PU），聚乙二醇（PEG）等均已被作为组织工程材料运用。目前的生物医药用凝胶也存在着明显的不足，最突出的为其力学性能较差，无法满足针对有较高强度要求的组织的模拟需求。如何提高具有生物相容性凝胶的力学强度则是亟待解决的问题。在通常的高强度凝胶制备制备中，三种方式最为典型，如双网络凝胶、拓扑结构凝胶和纳米复合凝胶，其中纳米复合凝胶为加入不同纳米物质如粘土、蒙脱土等作为交联剂或增强剂，其方法简单，效果显著，被认为是最理想的高强度凝胶的制备方式。多面体低聚倍半硅氧烷(Polyhedraloligomericsilsesquioxane,POSS)是一种新型的有机无机纳米颗粒,于1946年首次合成。1991年在美国空军研究实验室的支持下,Lichtenhan等制备了一系列带官能基的POSS,并将其用于高分子的改性。POSS的分子通式为(RSiO1.5)8,式中的R是有机取代基,可以为H、烷基、芳基等惰性基团和乙烯基、氨基等活性基团,同时分子具有无机骨架且分子尺寸在1~3nm之间。惰性基团可以增大POSS与聚合物的相容性;活性基团通过化学改性可以与聚合物或者聚合物单体反应。由于具有这些特性,所以POSS一问世便受到了极大的关注。并被用于聚合物的改性。而近年来，POSS已被广泛应用于生物领域，并发现具有非常好的生物相容性。同时，POSS也被运用于水凝胶中被用于提高凝胶的力学性能、解溶涨速率或将功能性引入水凝胶中。采用POSS杂化水凝胶仍有很大的发展空间。以往研究中，POSS加入凝胶的研究均限于在POSS侧链中引入反应性基团如双键、环氧基团等通过反应引入凝胶中，且由于绝大多数的POSS单体均为油溶性，仅可通过有机相的反应引入凝胶中，且POSS在凝胶中分布不均匀，导致其聚集从而影响了凝胶的性能，限制了其应用。在本专利技术中，通过以冷冻聚合的PEG为基体凝胶，在其中引入和基体具有较佳相容性和相互作用的POSS粒子，得到了POSS杂化凝胶。此凝胶具有较好的力学强度，尤其是拥有优异的回弹性。因POSS本身具有的良好的生物相容性，此凝胶有潜力运用于生物工程和缓释领域。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了提供一种水凝胶的制备方法，尤其是提供一种具有较好力学性能、优异回弹性及生物相容性的水凝胶的制备方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种具有优异回弹性的生物友好水凝胶制备方法，其制备过程为：（1）预聚液的配置：配置溶有一定浓度聚乙烯醇（PVA）、聚乙二醇(PEG)的水溶液，在其中缓慢加入八氨盐基笼状倍半硅氧烷(Oa-POSS)，搅拌均匀后超声震荡20min，至溶液均匀透明，后加入端羟基POSS化合物，高速搅拌10分钟后超声震荡20min至体系均匀，得到预聚液A。预聚液A中，PVA在水溶液中的质量浓度介于15%-30%之间，PEG在水溶液中的质量浓度介于2%-5%之间，端羟基POSS化合物的用量为PVA质量的3-6%之间，八氨盐基笼状倍半硅氧烷的用量介于PVA的2%-4%之间。（2）将预聚液封闭如容器后放入-80度液氮中急冷30分钟，转移至-20度环境下冷冻24小时，后移出至室温（20度）下12小时解冻，重复以上急冷-冷冻-解冻过程重复5次。（3）将凝胶从容器中取出以去离子水和丙酮反复交替浸泡以除去凝胶内未结合的单体，后以去离子水冲洗以完全清除凝胶内的丙酮得到最终凝胶。进一步，所述聚乙烯醇的聚合度介于400-3000之间，醇解度大于98%。进一步，本专利技术所述PEG的分子量介于2000-6000之间。进一步，本专利技术所述端羟基POSS化合物为端基具有一个或多个羟基的POSS粒子，为两种POSS粒子即1,2-PropanediollsobutylPOSS（1，2-丙二醇丁基醚POSS）和TMPDiollsobutylPOSS（三羟甲基丙烷-异丁基丙二醇POSS）的中的一种或两者的任意比例混合，两者分子结构式如下：TMPDiollsobutylPOSS：R=isobutyl（异丁基）1,2-PropanediollsobutylPOSS：R=isobutyl（异丁基）本专利技术所述八氨盐基笼状倍半硅氧烷(OaPOSS)为亲水性单体，此POSS单体因为有大量氨盐基的存在，使得单体具有良好的水溶性。其结构式如下：进一步，所述三种不同的POSS粒子均可采用HybridPlastics购买产品。进一步，该凝胶的成型基于PVA、PEG基团之间在冷冻-解冻过程中产生的羟基之间的氢键作用力。进一步，所述三种POSS粒子在凝胶合成做作用不同，TMPDiollsobutylPOSS和1,2-PropanediollsobutylPOSS因端基二醇键的存在，可在合成过程中与PVA、PEG基体相互作用，通过冷冻-解冻过程实现氢键结合以将POSS粒子紧密的与分子链结合并实现缠绕，以实现良好的力学性能和回弹性。同时，八氨盐基笼状倍半硅氧烷具有明显的亲水-亲油性，可有效改善端羟基POSS在基体中的分散。进一步，所制备凝胶具有良好的力学性能和回弹性。当凝胶溶胀率为7倍时，其拉伸强度介于64.5-112.5Kpa之间，断裂伸长率介于267.6%-442.7%之间，压缩至90%不破碎，拉伸至300%以内可完全回弹；当凝胶溶胀率为10倍时，其拉伸强度介于51.6-98.2Kpa之间，断裂伸长率介于254.3%-474.2%之间，压缩至90%不破碎，拉伸至300%以内可完全回弹。拉伸至400%时，长度回复至原凝胶长度的105%-110%。具体实施方式下面结合具体实施例形式的具体实施方式，对本专利技术的上述内容再作进一步详细阐述，但不应理解为下述各实施例是对本专利技术上述主题所涉本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有优异回弹性的生物友好水凝胶制备方法，其制备过程为：（1） ：预聚液的配置：配置溶有一定浓度聚乙烯醇（PVA）、聚乙二醇(PEG)的水溶液，在其中缓慢加入八氨盐基笼状倍半硅氧烷(Oa‑POSS)，搅拌均匀后超声震荡20min，至溶液均匀透明，后加入端羟基POSS化合物，高速搅拌10分钟后超声震荡20min至体系均匀，得到预聚液A；预聚液A中， PVA在水溶液中的质量浓度介于15%‑30%之间，PEG在水溶液中的质量浓度介于2%‑5%之间，端羟基POSS化合物的用量为PVA质量的3‑6%之间，八氨盐基笼状倍半硅氧烷的用量介于PVA的2%‑4%之间；（2）：将预聚液封闭如容器后放入‑80度液氮中急冷30分钟，转移至‑20度环境下冷冻24小时，后移出至室温（20度）下12小时解冻，重复以上急冷‑冷冻‑解冻过程重复5次；（3）：将凝胶从容器中取出以去离子水和丙酮反复交替浸泡以除去凝胶内未结合的单体，后以去离子水冲洗以完全清除凝胶内的丙酮得到最终凝胶。

【技术特征摘要】
1.一种具有优异回弹性的生物友好水凝胶制备方法，其制备过程为：
（1）：预聚液的配置：配置溶有一定浓度聚乙烯醇（PVA）、聚乙二醇(PEG)的水溶液，在
其中缓慢加入八氨盐基笼状倍半硅氧烷(Oa-POSS)，搅拌均匀后超声震荡20min，至溶液均
匀透明，后加入端羟基POSS化合物，高速搅拌10分钟后超声震荡20min至体系均匀，得到预
聚液A；
预聚液A中，PVA在水溶液中的质量浓度介于15%-30%之间，PEG在水溶液中的质量浓度
介于2%-5%之间，端羟基POSS化合物的用量为PVA质量的3-6%之间，八氨盐基笼状倍半硅氧
烷的用量介于PVA的2%-4%之间；
（2）：将预聚液封闭如容器后放入-80度液氮中急冷30分钟，转移至-20度环境下冷冻24
小时，后移出至室温（20度）下12小时解冻，重复以上急冷-冷冻...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈一，
申请(专利权)人：湖南工业大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43