高强度天然高分子水凝胶及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供高强度天然高分子水凝胶及其制备方法和应用，在35

【技术实现步骤摘要】
高强度天然高分子水凝胶及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及生物医用材料
，更具体地说涉及高强度天然高分子水凝胶及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]天然高分子(NP)水凝胶具有良好的生物相容性和生物降解性，是生物医学领域中一类重要的生物材料。然而，传统的天然高分子(NP)水凝胶由于力学性能弱、功能单一，严重限制了其在组织工程方面的应用。过去十年中，高强度水凝胶在设计原则上有了巨大的发展；然而，以前的研究主要集中在合成聚合物水凝胶上。尽管人们已经投入了大量的精力来提高天然聚合物水凝胶的机械强度，但其策略主要依赖于引入合成聚合物，这不可避免地影响其生物降解性和生物相容性。
[0003]茶叶蛋是中国著名的小吃之一，普通的蛋白凝胶是脆的，但是茶叶蛋的蛋白凝胶的强度显著增强，这是由于茶叶中的活性物质与蛋白之间的氢键相互作用导致网络密度增强所致。先前的分析测试已经确定，茶多酚(TP)是从绿茶中提取的一组多酚化合物。此外单宁酸已被用于增强水凝胶的机械强度，其增强机理可能来源于酚与聚合物之间的氢键作用。例如，将甲基丙烯酸化水凝胶(GelMA)水凝胶浸泡在单宁酸(TA)溶液中可以分别提高凝胶的拉伸强度和断裂伸长率。一些研究还表明，将聚乙烯醇(PVA)或聚丙烯酰胺(PAAm)凝胶浸泡在单宁酸(TA)溶液中可以提高它们的机械性能，然而，根据世界卫生组织的报告，高浓度单宁酸(TA)可能对人类构成致癌风险。而茶多酚(TP)具有抗氧化、伤口愈合、抗菌等作用，因此使用茶多酚(TP)来增强天然高分子水凝胶的强度。/>
技术实现思路

[0004]本专利技术克服了现有技术中的不足，传统的天然高分子(NP)水凝胶由于力学性能弱、功能单一，严重限制了其在组织工程方面的应用，人们通过引入合成聚合物提高天然聚合物水凝胶的机械强度，但是这会影响其生物降解性和生物相容性，提供了高强度天然高分子水凝胶及其制备方法和应用，以明胶为例，首先对明胶进行甲基丙烯酸酐改性接枝双键得到甲基丙烯酸化水凝胶(GelMA)，将甲基丙烯酸化水凝胶(GelMA)浸泡在茶多酚(TP)溶液中得到以明胶为基底的高强度天然高分子水凝胶(GelMA
‑
TP)，对制得的凝胶的机械力学性能，抗氧化性能，抗菌性能进行了测试，并且进行了体内的生物学实验。
[0005]本专利技术的目的通过下述技术方案予以实现。
[0006]高强度天然高分子水凝胶及其制备方法，在35
‑
40℃下，将待增强强度的水凝胶浸泡在茶多酚(TP)溶液中5
‑
50h后，即得到高强度天然高分子水凝胶，其中，茶多酚(TP)溶液的质量百分数为15
‑
25％。
[0007]待增强强度的水凝胶包括甲基丙烯酸化水凝胶(GelMA)、增强琼脂糖(AG)水凝胶和甲基丙烯酰化的海藻酸钠(Alg
‑
MA)
‑
Ca
2+
水凝胶。
[0008]浸泡温度为36
‑
38℃，浸泡时间为6
‑
48h。
[0009]茶多酚(TP)溶液的质量百分数为20％。
[0010]甲基丙烯酸化水凝胶(GelMA)的制备，按照下述步骤进行：
[0011]步骤1，将明胶置于40℃的水浴中充分溶解于去离子水中，然后，向上述溶液中加入溶剂体积2/3的N,N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)，待溶液澄清后，再加入甲基丙烯酸酐，置于40℃下反应2h沉降后，即得到产物，将所得产物溶于去离子水中再冻干后，即得到甲基丙烯酸化明胶；
[0012]步骤2，将步骤1制备得到的甲基丙烯酸化明胶溶解于去离子水中，并向上述溶液中加入光引发剂后，将其注入密闭容器内,将上述密闭容器置于紫外线下进行固化反应30
‑
50min后，即得到甲基丙烯酸化水凝胶(GelMA)。
[0013]在步骤1中，明胶来源于猪皮，属于A类明胶。
[0014]在步骤2中，甲基丙烯酸化明胶溶液的质量浓度为15
‑
25％，优选20％，光引发剂采用IRGACURE 1173，固化反应为40min。
[0015]高强度天然高分子水凝胶在生物医用材料上的应用，经过茶多酚(TP)增强的甲基丙烯酸化水凝胶(GelMA)的拉伸/压缩强度、杨氏模量、断裂伸长率和断裂韧性相较于原始的水凝胶分别提高(18
‑
20)
‑
/(28
‑
32)
‑
、(8.0
‑
8.5)
‑
、(4.0
‑
4.5)
‑
、(70
‑
75)倍；经过茶多酚(TP)增强的增强琼脂糖(AG)水凝胶的拉伸强度、断裂伸长率相较于原始的水凝胶分别提高(4.0
‑
4.5)、(7.0
‑
7.5)倍；经过茶多酚(TP)增强的甲基丙烯酰化的海藻酸钠(Alg
‑
MA)
‑
Ca
2+
水凝胶的拉伸/压缩强度、杨氏模量、断裂伸长率和断裂韧性相较于原始的水凝胶分别提高(3.5
‑
4.0)/(5.0
‑
5.5)、(2.0
‑
2.5)、(7.0
‑
7.5)倍。
[0016]本专利技术的有益效果为：本专利技术制备得到的以明胶为基底的高强度天然高分子水凝胶(GelMA
‑
TP)与原始水凝胶相比，经茶多酚(TP)处理的代表性天然高分子(NP)由于茶多酚(TP)和天然高分子(NP)链之间的氢键相互作用，其拉伸/压缩强度、杨氏模量、断裂伸长率和断裂韧性分别提高了19
‑
/30
‑
、8.4
‑
、4.4
‑
、72倍；在PBS缓冲液中，经茶多酚(TP)处理的天然高分子(NP)仍能保持良好的力学性能，并且随着茶多酚(TP)的释放其含水量升高、并且具有抗菌和抗氧化活性；在大鼠全层皮肤损伤模型中进行了体内的生物学实验，以明胶为基底的高强度天然高分子水凝胶(GelMA
‑
TP)组的伤口明显闭合，愈合率达到96％，而对照组和丙烯酰化水凝胶(GelMA)组的愈合率分别只有86％和91％，即说明以明胶为基底的高强度天然高分子水凝胶(GelMA
‑
TP)能够更好的促进伤口愈合；本专利技术的制备方法简单，材料来源广泛，实用性强。
附图说明
[0017]图1是茶多酚(TP)、甲基丙烯酸化水凝胶(GelMA)和以明胶为基底的高强度天然高分子水凝胶(GelMA
‑
TP)的红外谱图；
[0018]图2是茶多酚(TP)对甲基丙烯酸化水凝胶(GelMA)的力学性能的影响图以及以明胶为基底的高强度天然高分子水凝胶(GelMA
‑
TP)在生理环境中的力学性能图，其中，A
‑
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.高强度天然高分子水凝胶，其特征在于：在35
‑
40℃下，将待增强强度的水凝胶浸泡在茶多酚(TP)溶液中5
‑
50h后，即得到高强度天然高分子水凝胶，其中，茶多酚(TP)溶液的质量百分数为15
‑
25％。2.根据权利要求1所述的高强度天然高分子水凝胶，其特征在于：待增强强度的水凝胶包括甲基丙烯酸化水凝胶(GelMA)、增强琼脂糖(AG)水凝胶和甲基丙烯酰化的海藻酸钠(Alg
‑
MA)
‑
Ca
2+
水凝胶。3.根据权利要求1所述的高强度天然高分子水凝胶，其特征在于：浸泡温度为36
‑
38℃，浸泡时间为6
‑
48h。4.根据权利要求1所述的高强度天然高分子水凝胶，其特征在于：茶多酚(TP)溶液的质量百分数为20％。5.高强度天然高分子水凝胶的制备方法，其特征在于：在35
‑
40℃下，将待增强强度的水凝胶浸泡在茶多酚(TP)溶液中5
‑
50h后，即得到高强度天然高分子水凝胶，其中，茶多酚(TP)溶液的质量百分数为15
‑
25％。6.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘文广，崔春燕，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：