一种水下自愈合水凝胶的制备方法技术

本发明专利技术的一种水下自愈合水凝胶的制备方法，分别对腺嘌呤和胸腺嘧啶改性，获得接有双键的碱基单体，以水为溶剂，与亲水性单体甲基丙烯酰胺经引发剂过硫酸钾热引发，由自由基共聚形成三维网状结构的高分子聚合物，聚合物依靠DNA碱基对的互补配对的氢键作用，获得自愈合水凝胶。本发明专利技术依靠碱基间的氢键作用在空气中和水下均具有优异的自愈合性能。解决了传统水凝胶无法水下自愈合的问题，延长了水凝胶在水下和湿润环境下的使用寿命。本发明专利技术的设计思路对未来的水下自愈合水凝胶的发展提供了一个新的思路。

【技术实现步骤摘要】
一种水下自愈合水凝胶的制备方法
本专利技术属于高分子水凝胶
，涉及一种水下自愈合水凝胶的制备方法。
技术介绍
自愈合(self-healing)的概念源于生物学中的自愈合能力,构成生物体的材料是一个伴随着生物进化而逐步优化的功能系统,其最突出的特性之一是受到外界损伤之后具有自愈合能力和再生功能。科学家们已经致力于研究具有自愈合能力的材料来应用生活中的很多领域。例如：聚合物、陶瓷、水泥和金属等。但是这些材料由于其柔软性、力学性能、含水率、摩擦系数等参数与人体软组织之间存在显著差距,严格地讲它们不具有代替生物软组织的优势。其实,人体除了牙齿和骨骼以外，都是由柔软的生物组织构成的,因此,研究与生物软组织结构和性能类似的“软、湿”生物材料具有广泛的科学意义和应用潜力。水凝胶是以水为分散介质的凝胶，具有良好的生物相容性，被公认为“软、湿物质”的代表广泛的应用到生物医药和组织工程等领域。水凝胶易受到外力挤压、体液侵蚀以及其他化学物质的侵入而受损，从而缩短了水凝胶的使用寿命,危及病人健康和安全,但是受损的水凝胶难以用人工的方法修复、填埋。因此自愈合水凝胶的研发具有不可估量的研发价值与意义。目前，自愈合水凝胶已有大量的报道，但是大多的水凝胶当被置于水下时，由于水分子降低了其表面张力和水合作用，导致其无法进行自愈合过程。这就极大地限制了自愈合水凝胶的在液体和湿润环境下的应用。因此，水下自愈合的水凝胶的研究显得十分的紧迫和重要，这种水下自愈合水凝胶的研制极大地推动了自愈合水凝胶医用领域的发展。
技术实现思路
为了解决传统水凝胶无法实现水下自愈合的问题，本专利技术目的是将生物体内含有的碱基对引入到聚甲基丙烯酰胺水凝胶聚合物体系中，依靠碱基对间的氢键作用，实现水凝胶网络的交联，并且碱基对提供自愈合的作用机理，解决了传统水凝胶无法水下自愈合的问题，为下一代水下自愈合水凝胶的设计提供了新的思路。本专利技术通过自由基聚合的方法制备出一种水下自愈合水凝胶，该方法包括：腺嘌呤和胸腺嘧啶先经过丙烯酰氯改性，通过极性溶剂的沉淀获得改性碱基单体，然后将合成的腺嘌呤碱基单体和胸腺嘧啶碱基单体与亲水性单体甲基丙烯酰胺和引发剂过硫酸钾溶于去离子水中配置成反应溶液，然后将配制好的溶液直接置于反应容器中，最后将反应容器放在烘箱中进行加热反应，使各单体间进行自由基共聚形成高分子聚合物，聚合物依靠DNA碱基对的氢键作用形成三维网状结构，获得水下自愈合水凝胶。本专利技术所述的一种水下水凝胶的制备方法，其步骤和条件如下：（1）碱基的改性a.将腺嘌呤、胸腺嘧啶分别溶于二甲基甲酰胺（DMF）中，分别配制成摩尔浓度为0.15～0.30mol/L的腺嘌呤溶液和胸腺嘧啶溶液；再向上述的各溶液中分别加入三乙胺，放在冰浴中搅拌30～50min后，加入丙烯酰氯，在氮气保护下，室温搅拌反应6～8h，分别得到改性的腺嘌呤碱基单体溶液和胸腺嘧啶碱基单体溶液；所用的腺嘌呤和胸腺嘧啶与丙烯酰氯和三乙胺间的摩尔比均为1:1.1～1.3:1.4～1.6；b.将步骤（a）得到的溶液中改性的腺嘌呤碱基单体和胸腺嘧啶碱基单体分别用极性溶剂沉降析出，极性溶剂的体积量与被沉降溶液体积的比为7～10：1，然后用布氏漏斗进行抽滤，分别得到接有双键的腺嘌呤碱基单体和胸腺嘧啶碱基单体，将过滤产物置于干燥器里干燥；所用的极性溶剂为乙醚；（2）水凝胶的制备将腺嘌呤碱基单体、胸腺嘧啶碱基单体、亲水性单体丙烯酰胺（AM）和引发剂过硫酸钾（KPS）加入到去离子水中，并搅拌至完全溶，溶液中上述各物质的质量浓度分别为10g/L～30g/L、10g/L～30g/L、200g/L、2g/L，将配置好的溶液直接置于反应器中，然后将反应器置于65oC～75oC的烘箱中反应4～8小时，反应后冷却到室温，最终制得水下自愈合水凝胶；所述的DNA碱基对为腺嘌呤和胸腺嘧啶碱基对。腺嘌呤碱基单体：胸腺嘧啶碱基单体：亲水性单体丙烯酰胺：引发剂过硫酸钾质量比为5～15:5～15:100:1。有益效果：本专利技术通过自由基聚合的方法制备一种水下自愈合水凝胶，该方法包括：碱基对先经过丙烯酰氯改性，然后用极性溶剂进行沉淀析出改性碱基单体并干燥，然后将已改性的碱基单体与亲水性单体和引发剂溶于去离子水中配置成反应溶液，然后将配制好的溶液直接置于反应容器中，最后将反应容器放在烘箱中进行加热反应，使合成的碱基单体与亲水性单体进行自由基共聚形成高分子聚合物，聚合物依靠DNA碱基对的氢键作用实现交联作用，获得一种水下自愈合水凝胶。本专利技术是将生物体内含有的碱基对引入到聚甲基丙烯酰胺水凝胶聚合物体系中，水凝胶依靠碱基对的氢键作用实现水下和空气中的自愈合过程，解决了传统水凝胶无法水下自愈合的问题，延长了水凝胶在水下和湿润环境下的使用寿命。由于碱基对自然界的生命分子，所以该自愈合水凝胶在生物医用方面具有一定的优势。本专利技术对未来的水下自愈合水凝胶的发展提供了一个新的思路。具体实施方式实施例1（1）碱基的改性a.将0.01mol（1.35g）腺嘌呤溶于20mLDMF中，配制成摩尔浓度为0.5mol/L的腺嘌呤溶液；将0.01mol（1.2g）胸腺嘧啶溶于20mLDMF中，配制成摩尔浓度为0.5mol/L的胸腺嘧啶溶液；再向上述的各溶液中分别加入1.4mol三乙胺，放在冰浴中搅拌30min后，加入0.011mol丙烯酰氯，在氮气保护下，室温下搅拌反应6h，分别得到改性的腺嘌呤碱基单体和胸腺嘧啶碱基单体的溶液；所用的腺嘌呤和胸腺嘧啶与丙烯酰氯和三乙胺间的摩尔比均为1:1.1:1.4；b.将步骤（a）得到的溶液中改性的腺嘌呤碱基单体和胸腺嘧啶碱基单体分别用140mL乙醚溶剂沉降析出，乙醚溶剂与被沉降溶液体积的比为7：1，然后用布氏漏斗进行抽滤，分别得到接有双键的腺嘌呤碱基单体和胸腺嘧啶碱基单体，将过滤产物置于干燥器里干燥；（2）水凝胶的制备将0.15g腺嘌呤碱基单体、0.15g胸腺嘧啶碱基单体、1g甲基丙烯酰胺和0.01g过硫酸钾加入到5mL去离子水中，并搅拌至完全溶解，溶液中上述各物质的质量浓度分别为30g/L、30g/L、200g/L、2g/L，将配置好的溶液直接置于反应器中，然后将反应器置于65oC的烘箱中反应7小时，反应后冷却到室温，最终制得水下自愈合水凝胶；所述的DNA碱基对为腺嘌呤和胸腺嘧啶碱基对。腺嘌呤碱基单体：胸腺嘧啶碱基单体：亲水性单体甲基丙烯酰胺：引发剂过硫酸钾质量比为15:15:100:1。水下自愈合水凝胶中的甲基丙烯胺单体、改性的腺嘌呤碱基单体和胸腺嘧啶碱基单体成功聚合形成高分子聚合物，依靠碱基对间的氢键作用形成水凝胶。通过将合成的水凝胶切成两部分，然后将两部分水凝胶在水下进行对接1min，被切断的两部分水凝胶重新愈合成为一个整体，并在水下可以拉伸到原来长度的5倍而不发生断裂，证明该水凝胶在水下具有良好的自愈合性能。实施例2（1）碱基的改性a.将0.01mol（1.35g）腺嘌呤溶于20mL二甲基甲酰胺（DMF）中，配制成摩尔浓度为0.5mol/L的腺嘌呤溶液；将0.01mol（1.2g）胸腺嘧啶溶于20mLDMF中，配制成摩尔浓度为0.20mol/L的胸腺嘧啶溶液；再向上述的各溶液中分别加入1.4mol(1.94mL)三乙胺，放在冰浴中搅拌30min后，加本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水下自愈合水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤和条件如下：（1）碱基的改性a.将腺嘌呤、胸腺嘧啶分别溶于二甲基甲酰胺（DMF）中，分别配制成摩尔浓度为0.5mol/L的腺嘌呤溶液和胸腺嘧啶溶液；再向上述的各溶液中分别加入三乙胺，放在冰浴中搅拌30min后，加入丙烯酰氯，在氮气保护下，室温下搅拌反应6～8h，分别得到改性的腺嘌呤碱基单体溶液和胸腺嘧啶碱基单体溶液；所用的腺嘌呤和胸腺嘧啶与丙烯酰氯和三乙胺间的摩尔比均为1:1.1～1.3:1.4～1.6；b.将步骤（a）得到的溶液中改性的腺嘌呤碱基单体和胸腺嘧啶碱基单体分别用极性溶剂沉降析出，极性溶剂的体积量与被沉降溶液体积的比为7～10：1，然后用布氏漏斗进行抽滤，分别得到接有双键的腺嘌呤碱基单体和胸腺嘧啶碱基单体，将过滤产物置于干燥器里干燥；所用的极性溶剂为乙醚；（2）水凝胶的制备将腺嘌呤碱基单体、胸腺嘧啶碱基单体、亲水性单体甲基丙烯酰胺和引发剂过硫酸钾加入到去离子水中，并搅拌至完全溶解，溶液中上述各物质的质量浓度分别为10g/L～30g/L、10g/L～30g/L、200g/L、2g/L，将配置好的溶液直接置于反应器中，然后将反应器置于70...

【技术特征摘要】
1.一种水下自愈合水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤和条件如下：（1）碱基的改性a.将腺嘌呤、胸腺嘧啶分别溶于二甲基甲酰胺（DMF）中，分别配制成摩尔浓度为0.5mol/L的腺嘌呤溶液和胸腺嘧啶溶液；再向上述的各溶液中分别加入三乙胺，放在冰浴中搅拌30min后，加入丙烯酰氯，在氮气保护下，室温下搅拌反应6～8h，分别得到改性的腺嘌呤碱基单体溶液和胸腺嘧啶碱基单体溶液；所用的腺嘌呤和胸腺嘧啶与丙烯酰氯和三乙胺间的摩尔比均为1:1.1～1.3:1.4～1.6；b.将步骤（a）得到的溶液中改性的腺嘌呤碱基单体和胸腺嘧啶碱基单体分别用极性溶剂沉降析出，极性溶剂的体积量与被沉降溶液体积的比为7～10：1，然后用布氏漏斗进行抽滤，分别得到接有双键的腺嘌呤碱基单体和胸腺嘧啶碱基单体，将过滤产物置于干燥器里干燥；所用的极性溶剂为乙醚；（2）水凝胶的制备将腺嘌呤碱基单体、胸腺嘧啶碱基单体、亲水性单体甲基丙烯酰胺和引发剂过硫酸钾加入到去离子水中，并搅拌至完全溶解，溶液中上述各物质的质量浓度分别为10g/L～30g/L、10g/L～30g/L、200g/L、2g/L，将配置好的溶液直接置于反应器中，然后将反应器置于70oC～75oC的烘箱中反应6～8小时，反应后冷却到室温，最终制得水下自愈合水凝胶；所述的DNA碱基对为腺嘌呤和胸腺嘧啶碱基对；腺嘌呤碱基单体：胸腺嘧啶碱基单体：亲水性单体丙烯酰胺：引发剂过硫酸钾质量比为5～15:5～15:100:1。2.如权利要求1所述的一种水下自愈合水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤和条件如下：（1）碱基的改性a.将0.01mol（1.35g）腺嘌呤溶于20mLDMF中，配制成摩尔浓度为0.5mol/L的腺嘌呤溶液；将0.01mol（1.2g）胸腺嘧啶溶于20mLDMF中，配制成摩尔浓度为0.5mol/L的胸腺嘧啶溶液；再向上述的各溶液中分别加入1.4mol三乙胺，放在冰浴中搅拌30min后，加入0.011mol丙烯酰氯，在氮气保护下，室温下搅拌反应6h，分别得到改性的腺嘌呤碱基单体和胸腺嘧啶碱基单体的溶液；所用的腺嘌呤和胸腺嘧啶与丙烯酰氯和三乙胺间的摩尔比均为1:1.1:1.4；b.将步骤（a）得到的溶液中改性的腺嘌呤碱基单体和胸腺嘧啶碱基单体分别用140mL乙醚溶剂沉降析出，乙醚溶剂与被沉降溶液体积的比为7：1，然后用布氏漏斗进行抽滤，分别得到接有双键的腺嘌呤碱基单体和胸腺嘧啶碱基单体，将过滤产物置于干燥器里干燥；（2）水凝胶的制备将0.15g腺嘌呤碱基单体、0.15g胸腺嘧啶碱基单体、1g甲基丙烯酰胺和0.01g过硫酸钾加入到5mL去离子水中，并搅拌至完全溶解，溶液中上述各物质的质量浓度分别为30g/L、30g/L、200g/L、2g/L，将配置好的溶液直接置于反应器中，然后将反应器置于65oC的烘箱中反应7小时，反应后冷却到室温，最终制得水下自愈合水凝胶；所述的DNA碱基对为腺嘌呤和胸腺嘧啶碱基对；腺嘌呤碱基单体：胸腺嘧啶碱基单体：亲水性单体甲基丙烯酰胺：引发剂过硫酸钾质量比为15:15:100:1。3.如权利要求1所述的一种水下自愈合水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤和条件如下：（1）碱基的改性a.将0.01mol（1.35g）腺嘌呤溶于20mL二甲基甲酰胺（DMF）中，配制成摩尔浓度为0.5mol/L的腺嘌呤溶液；将0.01mol（1.2g）胸腺嘧啶溶于20mLDMF中，配制成摩尔浓度为0.20mol/L的胸腺嘧啶溶液；再向上述的各溶液中分别加入1.4mol(1.94mL)三乙胺，放在冰浴中搅拌30min后，加入0.011mol(0.9mL)丙烯酰氯，在氮气保护下，室温搅拌反应7h，分别得到改性的腺嘌呤碱基单体和胸腺嘧啶碱基单体的溶液；所用的腺嘌呤和胸腺嘧啶与丙烯酰氯和三乙胺间的摩尔比均为1:1.1:1.4；b.将步骤（a）得到的溶液中改性的腺嘌呤碱基单体和胸腺嘧啶碱基单体分别用160mL乙醚溶剂沉降析出，乙醚溶剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：高光辉，刘鑫，张钦，陈佳楠，
申请(专利权)人：长春工业大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22