一种羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚(N‑异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚(N‑异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶的制备方法，制备时首先将通过均匀混合得到含光引发剂的羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/N‑异丙基丙烯酰胺分散液，然后加入活化剂得到混合溶液，在室温和氮气保护条件下将混合溶液进行反应得到羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯交联固化的水凝胶，最后经紫外光照射得到羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚(N‑异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶。最终制得的复合水凝胶具有pH/温度双重响应的特性，含水量为80‑92％，最大抗压强度为0.6‑0.8MPa，断裂应变为75‑85％，同时具有生物相容性良好的优点，在药物释放、分子器件等领域具有潜在的应用价值。

A carboxymethyl chitosan / graphene oxide / poly (N N-isopropylacrylamide) method for preparing nano composite hydrogel

The invention relates to a carboxymethyl chitosan / graphene oxide / poly (N N-isopropylacrylamide) method for preparing nano composite hydrogel and preparation, by uniformly mixing with photoinitiator agent carboxymethyl chitosan / graphene oxide /N N-isopropylacrylamide dispersion, then adding activator to obtain a mixed solution, at room temperature and nitrogen under the protection of the mixed solution were obtained by the reaction of carboxymethyl chitosan hydrogel / graphene oxide crosslinking, the carboxymethyl chitosan / graphene oxide / poly obtained by UV irradiation (N isopropylacrylamide) nano composite hydrogel. The characteristics of the final composite hydrogel prepared with double pH/ temperature response, water content is 80 92%, the maximum compressive strength of 0.6 0.8MPa, fracture strain is 75 85%, and has good biocompatibility advantages, has the potential application in drug release, molecular devices and other fields.

【技术实现步骤摘要】
一种羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚(N-异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶的制备方法
本专利技术属于高分子材料领域，涉及一种羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚(N-异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶的制备方法。
技术介绍
水凝胶是一种由一类能吸收大量水又不溶于水的亲水性交联高聚物三维网络结构吸水溶胀制得的材料，由于其具有优异的仿生性及生物相容性等特点，在药物释放、组织工程、创伤敷料等生物医用领域具有较广的应用。根据水凝胶对外界刺激响应情况的不同，可以分为两类：传统水凝胶和智能水凝胶，其中，传统水凝胶对外界的响应不敏感，而智能水凝胶能感知外界环境的细微变化，如温度、pH值、光、电场、磁场以及离子浓度等的变化，并通过自身体积的溶胀和收缩来实现。聚(N-异丙基丙烯酰胺)水凝胶具有温度敏感性，在32℃左右的水溶液中有一个低温临界温度(LCST)，升温时，高于此温度后以疏水作用为主，体积收缩；降温时，低于此温度后以亲水作用为主，体积膨胀。该水凝胶在药物释放、生化物质分离等生物医用领域有潜在的应用价值，通常作为温度敏感性的部分被应用于不同的生物医用凝胶材料中，然而聚(N-异丙基丙烯酰胺)水凝胶力学性能较差，断裂伸长率和拉伸强度较低，这在一定程度上限制了聚(N-异丙基丙烯酰胺)水凝胶的应用，因此，如何提高聚(N-异丙基丙烯酰胺)水凝胶的力学性能成为近年来的研究热点。壳聚糖、氯乙酸在强碱性的条件下反应制得羧甲基壳聚糖，它是一种水溶性的壳聚糖衍生物，为两性聚电解质，且具有良好的生物相容性及可降解性。羧基的引入使羧甲基壳聚糖的水溶性较壳聚糖好，能在较宽pH范围的水溶液中溶解，这大大拓宽了其应用领域，如农业、工业、生物、医药、化妆品等领域。氧化石墨烯是石墨烯的重要衍生物之一，通过天然鳞片石墨在强酸性条件下氧化并剥离得到的产物，因其表面含有大量的含氧基团(羧基、羟基、环氧、羰基等)，其水溶性较石墨烯有了较大的提高，能很好地溶解在水和有机溶剂中，氧化石墨烯主要用于增强填料，提高复合材料的力学性能。此外，氧化石墨烯也可通过其表面活性基团发生化学反应，进而起到交联的和增强的双重作用。现有技术中引入氧化石墨烯改善聚(N-异丙基丙烯酰胺)水凝胶的力学性能时，氧化石墨烯主要充当填料分散在聚(N-异丙基丙烯酰胺)水凝胶内部，氧化石墨烯无法发挥交联剂的作用，因而复合水凝胶的力学性能提升有限；现有技术中大都通过引入低分子量的羧甲基壳聚糖使所制得的聚(N-异丙基丙烯酰胺)水凝胶具有pH响应性的特点，且大多是利用化学交联剂交联的聚(N-异丙基丙烯酰胺)网络和羧甲基壳聚糖组成半互穿网络水凝胶，由于化学交联剂的存在其生物相容性较差。申请号为201610851701.5的专利申请公开了一种羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚丙烯酰胺复合水凝胶的制备方法，首先制备羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/丙烯酰胺分散液，然后在冰水浴的条件下加入引发剂过硫酸钾和加速剂N,N,N',N'-四甲基乙二胺，最后在室温条件下反应8-12h，采用该制备方法制得的复合水凝胶生物相容性良好，且力学性能优良，然而由于加速剂N,N,N',N'-四甲基乙二胺在室温下的分解速率过快，反应开始前加入引发剂和加速剂的阶段必须是在冰水浴中进行的，否则加速剂在分散均匀之前就已促使引发剂分解发生聚合反应，难以控制所制得的水凝胶的交联点的均一性，使其力学性能大大降低，冰水浴一方面操作复杂，另一方面难以控制，温度稍高就容易造成加速剂提前分解，影响最终产品的力学性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术制备复合水凝胶条件苛刻、工艺复杂的问题，提供一种羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚(N-异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶的制备方法。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚(N-异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶的制备方法，步骤如下：(1)在室温条件下，将羧甲基壳聚糖加入到氧化石墨烯的弱酸溶液中搅拌均匀，然后加入N-异丙基丙烯酰胺单体和光引发剂并搅拌均匀得到羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/N-异丙基丙烯酰胺分散液；(2)在室温和搅拌条件下，将1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐/N-羟基琥珀酰亚胺加入羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/N-异丙基丙烯酰胺分散液中得到混合溶液；(3)在室温和氮气保护条件下，将混合溶液进行反应得到羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯交联固化的水凝胶；(4)在室温条件下，将羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯交联固化的水凝胶在水浴中用波长为365nm的紫外光照射得到羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚(N-异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶。作为优选的技术方案：如上所述的一种羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚(N-异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶的制备方法，所述室温为16-20℃。如上所述的一种羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚(N-异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶的制备方法，步骤(1)中，所述羧甲基壳聚糖的粘均分子量为350000-500000，取代度为0.7-0.95；所述氧化石墨烯的片层横向尺寸为0.2-1.5um，厚度为0.8-1.1nm；所述光引发剂为2-羟基-4’-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮或1-羟基环己基苯基甲酮/二苯甲酮，其中1-羟基环己基苯基甲酮与二苯甲酮的质量比为1:1。如上所述的一种羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚(N-异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶的制备方法，步骤(1)中，所述弱酸溶液的pH值为4-6，所述弱酸溶液为2-吗啉乙磺酸溶液或磷酸盐缓冲液，氧化石墨烯的弱酸溶液中氧化石墨烯的浓度为0.0001-0.0006g/mL，羧甲基壳聚糖与N-异丙基丙烯酰胺单体的质量比0.133-0.667:1，氧化石墨烯与N-异丙基丙烯酰胺单体的质量比为0.001-0.056:1，光引发剂与N-异丙基丙烯酰胺单体的质量比为0.005-0.02:1。如上所述的一种羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚(N-异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶的制备方法，步骤(1)中，加入N-异丙基丙烯酰胺单体之前的搅拌时间为12-24h，搅拌速率为150-400rpm，加入N-异丙基丙烯酰胺单体之后的搅拌时间为2-5h，搅拌速率为150-400rpm。如上所述的一种羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚(N-异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶的制备方法，步骤(2)中，所述搅拌的速率为150-400rpm，1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐/N-羟基琥珀酰亚胺中1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐与N-羟基琥珀酰亚胺质量比为1-10:1，1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐/N-羟基琥珀酰亚胺与羧甲基壳聚糖的质量比为0.115-16:1。如上所述的一种羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚(N-异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶的制备方法，步骤(3)中，所述氮气保护是通过将混合溶液置于密闭容器中，抽出空气然后通入氮气实现的，所述反应的时间为1-4h。如上所述的一种羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚(N-异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶的制备方法，步骤(4)中，所述紫外光照射的时间为1-3h。如上所述的一种羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚(N-异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶的制备方法，所述羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚(N-异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶具有pH本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚(N‑异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶的制备方法，其特征是，步骤如下：(1)在室温条件下，将羧甲基壳聚糖加入到氧化石墨烯的弱酸溶液中搅拌均匀，然后加入N‑异丙基丙烯酰胺单体和光引发剂并搅拌均匀得到羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/N‑异丙基丙烯酰胺分散液；(2)在室温和搅拌条件下，将1‑(3‑二甲氨基丙基)‑3‑乙基碳二亚胺盐酸盐/N‑羟基琥珀酰亚胺加入羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/N‑异丙基丙烯酰胺分散液中得到混合溶液；(3)在室温和氮气保护条件下，将混合溶液进行反应得到羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯交联固化的水凝胶；(4)在室温条件下，将羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯交联固化的水凝胶在水浴中用波长为365nm的紫外光照射得到羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚(N‑异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶。

【技术特征摘要】
1.一种羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚(N-异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶的制备方法，其特征是，步骤如下：(1)在室温条件下，将羧甲基壳聚糖加入到氧化石墨烯的弱酸溶液中搅拌均匀，然后加入N-异丙基丙烯酰胺单体和光引发剂并搅拌均匀得到羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/N-异丙基丙烯酰胺分散液；(2)在室温和搅拌条件下，将1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐/N-羟基琥珀酰亚胺加入羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/N-异丙基丙烯酰胺分散液中得到混合溶液；(3)在室温和氮气保护条件下，将混合溶液进行反应得到羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯交联固化的水凝胶；(4)在室温条件下，将羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯交联固化的水凝胶在水浴中用波长为365nm的紫外光照射得到羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚(N-异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶。2.根据权利要求1所述的一种羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚(N-异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶的制备方法，其特征在于，所述室温为16-20℃。3.根据权利要求1所述的一种羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚(N-异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述羧甲基壳聚糖的粘均分子量为350000-500000，取代度为0.7-0.95；所述氧化石墨烯的片层横向尺寸为0.2-1.5um，厚度为0.8-1.1nm；所述光引发剂为2-羟基-4’-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮或1-羟基环己基苯基甲酮/二苯甲酮，其中1-羟基环己基苯基甲酮与二苯甲酮的质量比为1:1。4.根据权利要求3所述的一种羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯/聚(N-异丙基丙烯酰胺)纳米复合水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述弱酸溶液的pH值为4-6，所述弱酸溶液为2-吗啉乙磺酸溶液或磷酸盐缓冲液，氧化石墨烯的弱酸溶液中氧化石墨烯的浓度为0.0001-0.0006g/mL，羧甲基壳聚糖与N-异丙基丙烯酰胺...

【专利技术属性】
技术研发人员：于俊荣，陈阳，胡祖明，王彦，诸静，宋逸文，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海,31