一种具有电活性的高强度水凝胶及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于生物医用材料领域，公开了一种具有电活性的高强度水凝胶及其制备方法和应用。将对苯乙烯磺酸钠和丙烯腈溶解于有机溶剂中，然后加入压电材料、交联剂和引发剂，惰性气氛下保温反应，得到水凝胶预聚物，然后将水凝胶预聚物在PBS溶液中浸泡处理，完全移除有机溶剂后得到具有电活性的高强度水凝胶。本发明专利技术的制备方法工艺简单，过程可控性好，重复性高，制得的水凝胶无毒无害、生物相容性良好，可用于制备不同人体硬组织的修复材料，具有较大的推广价值。

A High Strength Hydrogel with Electrical Activity and Its Preparation Method and Application

The invention belongs to the field of biomedical materials, and discloses a high strength hydrogel with electrical activity, a preparation method and application thereof. Sodium styrene sulfonate and acrylonitrile were dissolved in organic solvents, then piezoelectric materials, crosslinking agents and initiators were added to react under inert atmosphere to obtain hydrogel prepolymer. Then the hydrogel prepolymer was immersed in PBS solution and the electroactive high strength hydrogel was obtained after removing the organic solvents completely. The preparation method has the advantages of simple process, good process controllability, high repeatability, non-toxic, harmless and good biocompatibility, and can be used to prepare repair materials for different human hard tissues, which has great popularization value.

【技术实现步骤摘要】
一种具有电活性的高强度水凝胶及其制备方法和应用
本专利技术属于生物医用材料领域，具体涉及一种具有电活性的高强度水凝胶及其制备方法和应用。
技术介绍
传统的压电材料例如压电陶瓷往往力学性能与人体组织不匹配，往往在植入人体后经常出现与组织滑脱，导致植入的效果不理想。而对于压电高分子材料如PVDF虽然具有柔性好，可拉伸，透明性好，但是传统的PVDF材料非常疏水，作为人体支架材料往往不利于组织的生长。因此，人们期望能开发一种具有与生物组织力学性能匹配、亲水性好、安全性好、具有压电性的生物支架材料。
技术实现思路
针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本专利技术的首要目的在于提供一种具有电活性的高强度水凝胶的制备方法。本专利技术的另一目的在于提供一种通过上述方法制备得到的具有电活性的高强度水凝胶。本专利技术的再一目的在于提供上述具有电活性的高强度水凝胶在制备人体硬组织修复材料中的应用。本专利技术目的通过以下技术方案实现：一种具有电活性的高强度水凝胶的制备方法，包括如下制备步骤：将对苯乙烯磺酸钠(NaSS)、丙烯腈(AN)、压电材料、交联剂和引发剂依次溶解于有机溶剂中，惰性气氛下保温反应，得到水凝胶预聚物，然后将水凝胶预聚物在PBS溶液中浸泡处理，完全移除有机溶剂后得到具有电活性的高强度水凝胶。优选地，所述压电材料选自铌酸钾钠(KNN)、锆钛酸铅(PZT)、聚偏氟乙烯(PVDF)中的至少一种。优选地，所述有机溶剂选自二甲基亚砜(DMSO)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、四氢呋喃(THF)、乙二醇二甲醚中的至少一种。优选地，所述交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺。优选地，所述引发剂为热引发剂或者光引发剂，更优选为过硫酸铵(APS)。优选地，上述制备方法中，各组分质量比为对苯乙烯磺酸钠:丙烯腈:压电材料:交联剂:引发剂为(10～20):(60～80):(5～20):(4～6):(0.5～1)，溶解于有机溶剂的固含量为10～15w/v％(g/mL)。优选地，所述惰性气氛是指氮气气氛。优选地，所述保温反应的温度为40～60℃，保温反应的时间为60～120min。优选地，上述制备方法中，在保温反应前还可加入抗氧化剂、抗菌剂等添加剂。优选地，所述浸泡处理的时间为3～5天。一种具有电活性的高强度水凝胶，通过上述方法制备得到。上述具有电活性的高强度水凝胶在制备人体硬组织修复材料中的应用。相对于现有技术，本专利技术具有如下优点及有益效果：本专利技术的制备方法工艺简单，过程可控性好，重复性高，制得的水凝胶无毒无害、生物相容性良好，可用于制备不同人体硬组织的修复材料，具有较大的推广价值。附图说明图1是对比例所得水凝胶及实施例2制备的具有电活性的高强度水凝胶的压缩应力-应变图；图2是对比例所得水凝胶及实施例2制备的具有电活性的高强度水凝胶的导出电压图；图3是对比例所得水凝胶及实施例2制备的具有电活性的高强度水凝胶的导出电流图。具体实施方式下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。对比例将对苯乙烯磺酸钠、丙烯腈、交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺和引发剂过硫酸铵(APS)按照质量比为15:70:5:0.75，固含量为12.5w/v％依次溶于DMSO中，N2气氛下60℃保温反应90min，得到水凝胶预聚物，然后将水凝胶预聚物在PBS溶液中浸泡处理4天，完全移除有机溶剂后得到水凝胶。实施例1将对苯乙烯磺酸钠、丙烯腈、压电材料PVDF、交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺和引发剂过硫酸铵(APS)按照质量比为10:60:5:4:0.5，固含量为10w/v％依次溶于DMSO中，N2气氛下60℃保温反应60min，得到水凝胶预聚物，然后将水凝胶预聚物在PBS溶液中浸泡处理3天，完全移除有机溶剂后得到具有电活性的高强度水凝胶。实施例2将对苯乙烯磺酸钠、丙烯腈、压电材料PVDF、交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺和引发剂过硫酸铵(APS)按照质量比为15:70:10:5:0.75，固含量为12.5w/v％依次溶于DMSO中，N2气氛下60℃保温反应90min，得到水凝胶预聚物，然后将水凝胶预聚物在PBS溶液中浸泡处理4天，完全移除有机溶剂后得到具有电活性的高强度水凝胶。对比例所得水凝胶及本实施例所得具有电活性的高强度水凝胶的压缩应力-应变图如图1所示。对比例所得水凝胶及本实施例所得具有电活性的高强度水凝胶的导出电压图和导出电流图分别如图2和图3所示。由图1～3的结果可以看出加入约10％PVDF的水凝胶的压缩强度在90％的形变量可以达到40MPa，而没有加入PVDF的水凝胶的压缩强度只有20MPa，相较于加入PVDF的水凝胶的压缩强度差了一倍；电压输出值和电流输出值也可以很好的反应出加入PVDF的水凝胶具有更好的电活性性能。实施例3将对苯乙烯磺酸钠、丙烯腈、压电材料PVDF、交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺和引发剂过硫酸铵(APS)按照质量比为20:80:20:6:1，固含量为15w/v％依次溶于DMSO中，N2气氛下40℃保温反应120min，得到水凝胶预聚物，然后将水凝胶预聚物在PBS溶液中浸泡处理5天，完全移除有机溶剂后得到具有电活性的高强度水凝胶。上述实施例为本专利技术较佳的实施方式，但本专利技术的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本专利技术的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有电活性的高强度水凝胶的制备方法，其特征在于包括如下制备步骤：将对苯乙烯磺酸钠、丙烯腈、压电材料、交联剂和引发剂依次溶解于有机溶剂中，惰性气氛下保温反应，得到水凝胶预聚物，然后将水凝胶预聚物在PBS溶液中浸泡处理，完全移除有机溶剂后得到具有电活性的高强度水凝胶。

【技术特征摘要】
1.一种具有电活性的高强度水凝胶的制备方法，其特征在于包括如下制备步骤：将对苯乙烯磺酸钠、丙烯腈、压电材料、交联剂和引发剂依次溶解于有机溶剂中，惰性气氛下保温反应，得到水凝胶预聚物，然后将水凝胶预聚物在PBS溶液中浸泡处理，完全移除有机溶剂后得到具有电活性的高强度水凝胶。2.根据权利要求1所述的一种具有电活性的高强度水凝胶的制备方法，其特征在于：所述压电材料选自铌酸钾钠、锆钛酸铅、聚偏氟乙烯中的至少一种。3.根据权利要求1所述的一种具有电活性的高强度水凝胶的制备方法，其特征在于：所述有机溶剂选自二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃、乙二醇二甲醚中的至少一种。4.根据权利要求1所述的一种具有电活性的高强度水凝胶的制备方法，其特征在于：所述交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺；所述引发剂为热引发剂或者光引发剂。5.根据权利要求4所述的一种具有电活性的...

【专利技术属性】
技术研发人员：宁成云，付如民，周蕾，于鹏，王珍高，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44