一种氢键增强超分子聚合物高强度水凝胶支架及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种氢键增强超分子聚合物高强度水凝胶支架及其制备方法，将N

A hydrogen bond enhanced supramolecular polymer high strength hydrogel scaffold and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种氢键增强超分子聚合物高强度水凝胶支架及其制备方法


[0001]本专利技术涉及高强度水凝胶
，更具体地说涉及一种氢键增强超分子聚合物高强度水凝胶支架及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，3D打印技术的蓬勃发展为个性化治疗带来了新的机遇，而具有优良性能的墨水材料是定制个性化组织工程支架的先决条件。高强度水凝胶被认为是一种构建承载软组织替代物的理想材料。然而，大多高强度水凝胶由低粘度的预聚物溶液制备而成，无法通过挤出的方法直接打印。
[0003]为了赋予高强度水凝胶可打印性，必须额外引入增稠剂，以提升预聚物溶液的黏度。然而，大多数3D打印高强度水凝胶由于不耐溶胀，在水环境中无法保持其原有的力学性能和预先设计的尺寸，严重阻碍了其在生理环境中的应用。
[0004]由于具有剪切变稀和刺激响应性凝胶溶胶转变行为等独特的粘弹性行为，超分子聚合物高强度水凝胶可以通过3D打印技术进行制造，其中温敏性聚合物水凝胶更是用于挤出型3D打印的理想墨水材料。

技术实现思路

[0005]本专利技术克服了现有技术中的不足，大多数3D打印高强度水凝胶由于不耐溶胀，在水环境中无法保持其原有的力学性能和预先设计的尺寸，提供了一种氢键增强超分子聚合物高强度水凝胶支架及其制备方法，本专利技术配方简单，制备方法容易，水凝胶支架具有优良的力学性能，且3D打印的可打印性和水凝胶支架的力学性能可以分别通过热可逆聚(N
‑
丙烯酰基甘氨酰胺)(PNAGA)软凝胶的浓度和后补偿N
‑
丙烯酰基甘氨酰胺(NAGA)单体浓度进行调节，在承载组织替代物方面具有潜在应用价值；此外，“自增稠”方法具有普适意义，可实现不同聚合物水凝胶的3D打印，有望进一步拓宽水凝胶的应用范围。
[0006]本专利技术的目的通过下述技术方案予以实现。
[0007]一种氢键增强超分子聚合物高强度水凝胶支架及其制备方法，按照下述步骤进行：
[0008]步骤1，将N
‑
丙烯酰基甘氨酰胺(NAGA)溶于去离子水中，并向其中加入光引发剂混合均匀，置于惰性气氛条件下，进行紫外辐照交联反应后，即得到热可逆聚(N
‑
丙烯酰基甘氨酰胺)(PNAGA)软凝胶，其中，N
‑
丙烯酰基甘氨酰胺(NAGA)在去离子水中的质量分数为2
‑
5wt％，光引发剂的用量为单体浓度的0.3
‑
0.6wt％；
[0009]步骤2，将步骤1制备得到的热可逆聚(N
‑
丙烯酰基甘氨酰胺)(PNAGA)软凝胶置于85
‑
95℃的水浴中使其转变为溶胶状态，并向上述容器中加入N
‑
丙烯酰基甘氨酰胺(NAGA)和光引发剂，使其混合均匀后，即得到3D打印墨水，其中，N
‑
丙烯酰基甘氨酰胺(NAGA)在3D打印墨水中的质量分数为10
‑
40wt％，光引发剂的用量为单体浓度的0.8
‑
1.5wt％；
[0010]步骤3，将步骤2制备得到的3D打印墨水装入3D打印机的料筒中，料筒温度55
‑
75℃
下，设定打印参数，即打印气压为1
‑
3bar进行打印，即得到中间产品，将上述中间产品进行紫外辐照交联后，即得到氢键增强超分子聚合物高强度水凝胶支架。
[0011]在步骤1中，N
‑
丙烯酰基甘氨酰胺(NAGA)在去离子水中的质量分数为3
‑
4wt％，光引发剂的用量为单体浓度的0.5wt％，惰性气氛采用氮气、氦气或者氩气。
[0012]在步骤2中，N
‑
丙烯酰基甘氨酰胺(NAGA)在3D打印墨水中的质量分数为15
‑
30wt％，光引发剂的用量为单体浓度的1wt％。
[0013]在步骤1和步骤2中，光引发剂采用Irgacure 1173。
[0014]在步骤1和步骤2中，紫外辐照交联反应的时间为40
‑
60min。
[0015]本专利技术的有益效果为：本专利技术配方简单，制备方法容易，水凝胶支架具有优良的力学性能，且“墨水的可打印性”和“水凝胶支架的力学性能”可以分别通过“热可逆聚(N
‑
丙烯酰基甘氨酰胺)(PNAGA)软凝胶的浓度”和“后补偿N
‑
丙烯酰基甘氨酰胺(NAGA)单体浓度”进行调节，在承载组织替代物方面具有潜在应用价值；此外，“自增稠”方法具有普适意义，可实现不同聚合物水凝胶的3D打印，有望进一步拓宽水凝胶的应用范围。
附图说明
[0016]图1是本专利技术中3D打印墨水的流变性能，其中，(a)为不同PNAGA浓度PNAGA
‑
X+NAGA
‑
30％(X＝3％,3.5％,4％)墨水温度扫描曲线；(b)为不同后补偿NAGA单体的PNAGA
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4％+NAGA
‑
Y(Y＝15％,20％,25％,30％)墨水温度扫描曲线；(c)为PNAGA
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X+NAGA
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30％墨水在打印温度下的剪切变稀行为；(d)为PNAGA
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3％+NAGA
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30％墨水的交替温度扫描曲线；(e)为PNAGA
‑
3.5％+NAGA
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30％墨水的交替温度扫描曲线；(f)为PNAGA
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4％+NAGA
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30％墨水的交替温度扫描曲线；(g)为PNAGA
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3％+NAGA
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30％墨水的交替变应变扫描曲线；(h)为PNAGA
‑
3％+NAGA
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30％墨水的交替变应变扫描曲线；(i)为PNAGA
‑
3％+NAGA
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30％墨水的交替变应变扫描曲线；
[0017]图2是本专利技术中3D打印氢键增强超分子聚合物高强度水凝胶支架的不同结构图，其中，(a)为矩形网格结构，它可以支撑自身的重量(b)，承受压缩(c)和弯曲变形(d)；此外，水凝胶网可以承受扭曲(e)和拉伸(f)作用，甚至可以兜起100g的砝码(g)(相当于自身质量的200倍)；
[0018]图3是本专利技术中3D打印氢键增强超分子聚合物高强度水凝胶支架的压缩性能和拉伸性能图，其中，(a)为氢键增强超分子聚合物高强度水凝胶支架的压缩性能图，(b)为氢键增强超分子聚合物高强度水凝胶支架的压缩性能图，(c)为氢键增强超分子聚合物高强度水凝胶支架的拉伸性能图，(d)为氢键增强超分子聚合物高强度水凝胶支架的拉伸性能图；
[0019]图4是本专利技术中利用“自增稠”法配制的不同“聚合物+单体”墨水的黏度变化、剪切变稀行为以及3D打印不同聚合物水凝胶的网络结构图，其中，(a)为黏度变化图，(b)为剪切变稀行为图，(c)
‑
(f)为3D本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氢键增强超分子聚合物高强度水凝胶支架，其特征在于：按照下述步骤进行：步骤1，将N
‑
丙烯酰基甘氨酰胺(NAGA)溶于去离子水中，并向其中加入光引发剂混合均匀，置于惰性气氛条件下，进行紫外辐照交联反应后，即得到热可逆聚(N
‑
丙烯酰基甘氨酰胺)(PNAGA)软凝胶，其中，N
‑
丙烯酰基甘氨酰胺(NAGA)在去离子水中的质量分数为2
‑
5wt％，光引发剂的用量为单体浓度的0.3
‑
0.6wt％；步骤2，将步骤1制备得到的热可逆聚(N
‑
丙烯酰基甘氨酰胺)(PNAGA)软凝胶置于85
‑
95℃的水浴中使其转变为溶胶状态，并向上述容器中加入N
‑
丙烯酰基甘氨酰胺(NAGA)和光引发剂，使其混合均匀后，即得到3D打印墨水，其中，N
‑
丙烯酰基甘氨酰胺(NAGA)在3D打印墨水中的质量分数为10
‑
40wt％，光引发剂的用量为单体浓度的0.8
‑
1.5wt％；步骤3，将步骤2制备得到的3D打印墨水装入3D打印机的料筒中，料筒温度55
‑
75℃下，设定打印参数，即打印气压为1
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3bar进行打印，即得到中间产品，将上述中间产品进行紫外辐照交联后，即得到氢键增强超分子聚合物高强度水凝胶支架。2.根据权利要求1所述的一种氢键增强超分子聚合物高强度水凝胶支架，其特征在于：在步骤1中，N
‑
丙烯酰基甘氨酰胺(NAGA)在去离子水中的质量分数为3
‑
4wt％，光引发剂的用量为单体浓度的0.5wt％，惰性气氛采用氮气、氦气或者氩气。3.根据权利要求1所述的一种氢键增强超分子聚合物高强度水凝胶支架，其特征在于：在步骤2中，N
‑
丙烯酰基甘氨酰胺(NAGA)在3D打印墨水中的质量分数为15
‑
30wt％，光引发剂的用量为单体浓度的1wt％。4.根据权利要求1所述的一种氢键增强超分子聚合物高强度水凝胶支架，其特征在于：在步骤1和步骤2中，光引发剂采用Irgacure 1173；紫外辐照交联反应的时间为40
‑
60min。5.一种氢键增强超分子聚合物高强度水凝胶支架的制备方法，其特征在于：按照下述步骤进行：步骤1，将N
‑
丙烯酰基甘氨酰胺(NAGA)溶于去离子水中，并向其中加入光引发剂混合均匀，置于惰性气氛条件下，进行紫外辐照交联反应后，即得到热可逆聚(N
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丙烯酰基甘氨酰胺)(PNAGA)软...

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