一种水凝胶材料催化氧化与功能化修饰的方法技术

本发明专利技术公开了一种水凝胶材料催化氧化与功能化修饰的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、将水凝胶材料浸泡于溶解有哌啶类化合物的缓冲溶液中，得到混合体系；步骤二、向步骤一所述混合体系中加入漆酶溶液，然后通入氧气进行催化氧化，得到氧化后水凝胶材料；步骤三、将步骤二氧化后水凝胶材料浸泡于透明质酸‑己二酸二酰肼溶液中，在搅拌条件下进行功能化修饰，得到修饰后水凝胶材料。本发明专利技术的方法具有过程可控、水溶性高分子范围广、实验试剂容易获得、无需大型实验器材、反应在常温常压条件下进行等优点。采用本发明专利技术的方法制备得到的修饰后水凝胶材料具有保湿性高、蛋白质吸附量低、外观、光通透性及折射率不变等优势。

【技术实现步骤摘要】
一种水凝胶材料催化氧化与功能化修饰的方法
本专利技术属于高分子材料
，具体涉及一种水凝胶材料催化氧化与功能化修饰的方法。
技术介绍
高分子水凝胶是以水为分散介质的凝胶，其内部由交联的亲水性高分子网络结构组成，大量水分吸胀在该网络结构中，宏观上表现为一种没有流动的准净止状态。水凝胶具备可调控的强度和孔隙度，其表面一般具有很强的亲水性，这些特殊性质使得水凝胶具备多种应用潜力，工业上可以用于制备油水分离膜等；而在生物医用领域，由于水凝胶材料具有较好的生物相容性，因而被广泛应用于制备药物递送载体、生物传感器、抗生物吸附表面，或制备成直接接触人体组织的隐形眼镜等生物材料。聚甲基丙烯酸羟乙酯(poly(2-hydroxyethylmethacrylate),pHEMA)是一种含羟基的亲水性生物医用高分子，常用作细胞培养基材和接触式组织工程材料。眼镜行业市场上大多使用基于pHEMA水凝胶材料的隐形眼镜，相比于硬性隐形眼镜，其氧气的渗透速率和泪液膜润湿性均大幅提高，隐形眼镜佩戴的舒适度大大增加，但在连续佩戴过程中会出现缓慢失水、泪液蛋白质沉积的现象，导致眼部干涩痒痛等。高分子水凝胶作为一种常用的生物材料，对其进行必要的化学修饰及性能优化以提高生物活性和生物相容性显得尤为重要，由于其具有高含水量、柔软、半透明或透明、多孔等特性，传统高分子材料表面改性方法往往难以直接获得性能优良的改性水凝胶材料。传统高分子材料表面改性方法之一是将高分子材料在TEMPO(2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl，2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物)氧化体系中进行氧化反应，TEMPO是一种稳定的含有氮氧自由基的小分子化合物，常用作氧化反应的电子传递剂以氧化多糖类物质，在水溶液体系中可以选择性的将多糖分子中的伯醇氧化为对应的醛和羧酸。TEMPO氧化体系采用氧气为氧化剂，漆酶作为催化剂，TEMPO为电子传递剂，但是，通过此氧化体系进行氧化反应过程时，作为氧化反应电子传递剂的TEMPO可以自由进出水凝胶体系，致使水凝胶材料内外同时被氧化。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种水凝胶材料催化氧化与功能化修饰的方法，该方法具有过程可控、水溶性高分子范围广、实验试剂容易获得、无需大型实验器材、反应在常温常压条件下进行等优点。采用本专利技术的方法制备得到的修饰后水凝胶材料有利于解决市场上基于pHEMA水凝胶材料隐形眼镜佩戴时遇到的问题，具有保湿性高、蛋白质吸附能力低、外观、光通透性及折射率不变等优势。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种水凝胶材料催化氧化与功能化修饰的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、将水凝胶材料浸泡于溶解有哌啶类化合物的缓冲溶液中，得到混合体系；所述缓冲溶液为pH为4～8的醋酸-醋酸钠缓冲溶液；所述哌啶类化合物为2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物或高分子接枝2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物；步骤二、向步骤一所述混合体系中加入漆酶溶液，然后通入氧气进行8h～24h催化氧化，得到氧化后水凝胶材料；步骤三、将步骤二所述氧化后水凝胶材料浸泡于透明质酸-己二酸二酰肼溶液中，在pH为6～8的搅拌条件下进行3h～5h的功能化修饰，得到修饰后水凝胶材料。上述的一种水凝胶材料催化氧化与功能化修饰的方法，其特征在于，步骤一中所述溶解有哌啶类化合物的缓冲溶液中，哌啶类化合物的质量浓度为100mg/L～400mg/L；步骤一中所述溶解有哌啶类化合物的缓冲溶液体积为水凝胶材料质量的10倍～100倍，所述溶解有哌啶类化合物的缓冲溶液体积的单位为mL，水凝胶材料质量的单位为g。上述的一种水凝胶材料催化氧化与功能化修饰的方法，其特征在于，步骤一所述高分子接枝2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物为聚乙烯胺接枝2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物、聚乙烯亚胺接枝2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物、聚丙烯酸接枝2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物或聚乙二醇衍生物接枝2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物。上述的一种水凝胶材料催化氧化与功能化修饰的方法，其特征在于，步骤一中的高分子接枝2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物为聚乙烯胺接枝2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物或聚乙烯亚胺接枝2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物时，所述高分子接枝2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物的制备方法包括以下步骤：步骤101、将TEMPO-COOH和1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐溶解于水中，在pH为4.50～5.00条件下磁力搅拌20min～30min，得到混合溶液A；所述1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐的质量为TEMPO-COOH质量的2倍～3倍；步骤102、将待接枝高分子化合物的水溶液滴加到步骤101所述混合溶液A中，在pH为4.50～5.00条件下磁力搅拌反应3h～5h，调节反应后溶液的pH为7；所述待接枝高分子化合物的水溶液中，待接枝高分子化合物的质量百分含量为0.25％～1.0％；所述待接枝高分子化合物的质量为TEMPO-COOH质量的2倍～4倍；步骤103、将步骤102调节pH后体系透析后冻干，得到高分子接枝2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物；当所述高分子接枝2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物为聚乙烯胺接枝2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物时，步骤102中待接枝高分子化合物为聚乙烯胺，所述聚乙烯胺的分子量为50kDa～100kDa；当所述高分子接枝2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物为聚乙烯亚胺接枝2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物时，步骤102中待接枝高分子化合物为聚乙烯亚胺，所述聚乙烯亚胺的分子量为50kDa～150kDa。上述的一种水凝胶材料催化氧化与功能化修饰的方法，其特征在于，步骤一中的高分子接枝2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物为聚丙烯酸接枝2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物或聚乙二醇衍生物接枝2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物，所述高分子接枝2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物的制备方法包括以下步骤：步骤201、将待接枝高分子化合物和1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐溶解于水中，在pH为4.50～5.00条件下磁力搅拌20min～30min，得到混合溶液A；步骤202、将TEMPO-NH2的水溶液滴加到步骤201所述混合溶液A中，在pH为4.50～5.00条件下磁力搅拌反应3h～5h，调节反应后溶液的pH为7；步骤201中所述待接枝高分子化合物的质量为步骤202中TEMPO-NH2质量的2倍～3倍；步骤203、将步骤202调节pH后体系透析后冻干，得到高分子接枝2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物；当所述高分子接枝2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物为聚丙烯酸接枝2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物时，步骤201中待接枝高分子化合物为聚丙烯酸，所述1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐的质量为聚丙烯酸质量的1.5倍～2倍；所述聚丙烯酸的分子量为50kDa～150kDa；当所述高本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水凝胶材料催化氧化与功能化修饰的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤一、将水凝胶材料浸泡于溶解有哌啶类化合物的缓冲溶液中，得到混合体系；所述缓冲溶液为pH为4～8的醋酸-醋酸钠缓冲溶液；所述哌啶类化合物为2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物或高分子接枝2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物；/n步骤二、向步骤一所述混合体系中加入漆酶溶液，然后通入氧气进行8h～24h催化氧化，得到氧化后水凝胶材料；/n步骤三、将步骤二所述氧化后水凝胶材料浸泡于透明质酸-己二酸二酰肼溶液中，在pH为6～8的搅拌条件下进行3h～5h的功能化修饰，得到修饰后水凝胶材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种水凝胶材料催化氧化与功能化修饰的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将水凝胶材料浸泡于溶解有哌啶类化合物的缓冲溶液中，得到混合体系；所述缓冲溶液为pH为4～8的醋酸-醋酸钠缓冲溶液；所述哌啶类化合物为2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物或高分子接枝2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物；
步骤二、向步骤一所述混合体系中加入漆酶溶液，然后通入氧气进行8h～24h催化氧化，得到氧化后水凝胶材料；
步骤三、将步骤二所述氧化后水凝胶材料浸泡于透明质酸-己二酸二酰肼溶液中，在pH为6～8的搅拌条件下进行3h～5h的功能化修饰，得到修饰后水凝胶材料。


2.根据权利要求1所述的一种水凝胶材料催化氧化与功能化修饰的方法，其特征在于，步骤一中所述溶解有哌啶类化合物的缓冲溶液中，哌啶类化合物的质量浓度为100mg/L～400mg/L；步骤一中所述溶解有哌啶类化合物的缓冲溶液体积为水凝胶材料质量的10倍～100倍，所述溶解有哌啶类化合物的缓冲溶液体积的单位为mL，水凝胶材料质量的单位为g。


3.根据权利要求1所述的一种水凝胶材料催化氧化与功能化修饰的方法，其特征在于，步骤一所述高分子接枝2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物为聚乙烯胺接枝2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物、聚乙烯亚胺接枝2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物、聚丙烯酸接枝2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物或聚乙二醇衍生物接枝2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物。


4.根据权利要求3所述的一种水凝胶材料催化氧化与功能化修饰的方法，其特征在于，步骤一中的高分子接枝2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物为聚乙烯胺接枝2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物或聚乙烯亚胺接枝2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物时，所述高分子接枝2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物的制备方法包括以下步骤：
步骤101、将TEMPO-COOH和1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐溶解于水中，在pH为4.50～5.00条件下磁力搅拌20min～30min，得到混合溶液A；所述1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐的质量为TEMPO-COOH质量的2倍～3倍；
步骤102、将待接枝高分子化合物的水溶液滴加到步骤101所述混合溶液A中，在pH为4.50～5.00条件下磁力搅拌反应3h～5h，调节反应后溶液的pH为7；所述待接枝高分子化合物的水溶液中，待接枝高分子化合物的质量百分含量为0.25％～1.0％；所述待接枝高分子化合物的质量为TEMPO-COOH质量的2倍～4倍；
步骤103、将步骤102调节pH后体系透析后冻干，得到高分子接枝2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物；
当所述高分子接枝2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物为聚乙烯胺接枝2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物时，步骤102中待接枝高分子化合物为聚乙烯胺，所述聚乙烯胺的分子量为50kDa～100kDa；当所述高分子接枝2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物为聚乙烯亚胺接枝2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物时，步骤102中待接枝高分子化合物为聚乙烯亚胺，所述聚乙烯亚胺的分子量为50kDa～150kDa。


5.根据权利要求3所述的一种水凝胶材料催化氧化与功能化修饰的方法，其特征在于，步骤一中的高分子接枝2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物为聚丙烯酸接枝2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物或聚乙二醇衍生物接枝2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物，所述高分子接枝2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物的制备方法包括以下步骤：
步骤201、将待接枝高分子化合物和1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓旭东，张熙，尹大川，王雪霆，张托弟，贺聪，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61