一种复合水凝胶及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种复合水凝胶及其制备方法和应用，复合水凝胶由甲基丙烯酸酯磺基甜菜碱、乙二醇二甲基丙烯酸酯和甘油聚醚通过自由基聚合和酯交换反应得到。本发明专利技术在PSBMA水凝胶中引入GE，通过酯交换反应产生了新的化学交联，形成了复合水凝胶网络GE

【技术实现步骤摘要】
一种复合水凝胶及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于生物医学领域，具体涉及一种复合水凝胶及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]水凝胶具有类似于天然关节软骨的三维网络结构，所以它具有一系列特殊的力学性质，如可承受较大形变、生物相容性好、化学性能稳定及成型性良好，为生物医学领域的发展提供了巨大的潜力，可以考虑作为一种潜在的生物相容材料来替代天然组织，如关节软骨、肌腱和韧带。近年来，高分子水凝胶，如双网络(double network,DN)水凝胶、两性离子聚合物(zwitterionic copolymer)水凝胶和纳米复合水凝胶，在关节软骨缺损、修复方面得到了深入的研究。两性离子水凝胶因具有高亲水性、高离子密度及离子敏感性等特点而备受瞩目，并在近十余年的研究中取得了长足的发展。
[0003]近几年来对甜菜碱两性离子水凝胶研究较多的是其对外界环境的响应性能，两性离子水凝胶目前已广泛应用于生物医学领域，包括医用植入物和组织等，但两性离子水凝胶由于其机械上的脆弱而不能承受较大的力，因此迫切需要提高和调节两性离子水凝胶的机械强度和润滑性能来满足各种生物医学应用。如：通过常用化学交联剂N，N'
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亚甲基双丙烯酰胺(BIS)合成的聚甲基磺基甜菜碱(polySBMA)水凝胶的断裂压缩应力不到100kPa。PolySBMA化学凝胶的弱力学性能极大程度上限制了它的应用范围。为解决这一问题，近几年，研究者们研究了各种制备方法用来提高甜菜碱两性离子聚合物水凝胶的力学强度以扩展其应用领域。例如，通过增加交联剂的含量来提高水凝胶的机械性能。但是，由于BIS在水中的溶解度较低，很难通过增加BIS交联剂的含量来提高polySBMA水凝胶的力学性能。鉴于此原因，Kasak等制备了新型水溶性交联剂N，N
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双(甲基丙烯酰氧基乙基)
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N
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甲基
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N
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(3磺基丙基)铵甜菜碱(CL1)，用于改善polySBMA水凝胶的力学性能。结果表明，通过增加CL1含量，polySBMA水凝胶的力学性能得到很大程度上的提高(当CLl含量为20mol％单体含量时，断裂时的压缩应力高达4400kPa，断裂时的压缩应变为约85％)。Zhang等人通过将物理交联与化学交联相结合的方法制备出双网络结构的polySBMA水凝胶，也在一定程度上提高了polySBMA水凝胶的力学性能。然而，尽管这两种方法可以在一定程度上提高两性离子聚合物水凝胶的力学性能，但是受共价键的限制，化学交联制备的水凝胶在较小的形变下即发生断裂，力学性能普遍较差，如通过化学交联制备的polyS BMA水凝胶的拉伸断裂应力仅为5kPa，而其断裂伸长率只能达到10％。随后，王仲楠等人利用SBMA和2
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甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱(2
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methacryloyloxyethyl phosphorylcholine,MPC)为原料，通过自由基聚合方式，成功地制备了一种P(MPC
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co
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SBMA)共聚水凝胶。两性离子聚合物MPC的引入增加了新的化学交联，并在水润滑条件下将摩擦系数显著降低至约0.011，这有利于设计具有极低摩擦的人工关节。但是P(MPC
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co
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SBMA)共聚水凝胶的力学性能较差(抗压应力仅为0.103MPa)。
[0004]水凝胶是由亲水的聚合物链在水中发生交联后形成的，制备它的方法有很多种，比如辐照交联、物理交联以及化学键交联等方法。1)辐照交联：相较于化学交联法，辐照交联不需要加入任何毒性的交联剂或者引发剂，且操作方便，在常温或者低温下就可以进行。
但用辐照交联法制备的水凝胶含有未反应的自由基，在应用中会对所负载的生物活性物质产生损害，且辐照过程中有气泡产生，引起材料结构的不均匀性。辐射交联强烈的反应条件也常常造成材料一些优异性能的损失，且该方法需要特殊设备，对材料力学性能的改善效果不如预期明显。2)物理交联：最常用的方法为反复冷冻—解冻法。冷冻解冻循环次数对水凝胶的结构性能影响非常大；一次冷冻解冻后，此时水凝胶的结构处于过渡态，结晶度很低，也很不稳定，通常3～5个循环完成后，水凝胶中的结晶度才会趋于稳定，形成的水凝胶网络结构也较稳定，这就意味着这种制备方法需要大量的时间，耗时长。同时，冷冻、解冻的时间和温度都会影响水凝胶界面间的相平衡，造成成型破坏，效率低。
[0005]目前，不论是仿生滑液的宏观润滑机理，还是仿生水凝胶材料的承载和润滑性能方面，均难以满足实际的人体关节需求，这些问题极大的限制了这些材料的生物医学应用。

技术实现思路

[0006]为了解决现有技术的不足，本专利技术旨在提供一种复合水凝胶及其制备方法和应用。具体技术方案如下：
[0007]本专利技术第一方面提供一种复合水凝胶，所述复合水凝胶由甲基丙烯酸酯磺基甜菜碱、乙二醇二甲基丙烯酸酯和甘油聚醚通过自由基聚合和酯交换反应得到；
[0008]所述甲基丙烯酸酯磺基甜菜碱的化学结构式如下式I，所述乙二醇二甲基丙烯酸酯化学结构式如下式II，所述甘油聚醚的化学结构式如下式III，所述复合水凝胶的反应式如下式IV；
[0009][0010]本专利技术第二方面提供一种复合水凝胶的制备方法，包括如下步骤：
[0011]将甲基丙烯酸酯磺基甜菜碱、乙二醇二甲基丙烯酸酯、引发剂分别溶解于水中，获得甲基丙烯酸酯磺基甜菜碱水溶液、乙二醇二甲基丙烯酸酯水溶液、引发剂水溶液；
[0012]将甲基丙烯酸酯磺基甜菜碱水溶液、乙二醇二甲基丙烯酸酯水溶液、引发剂水溶液和甘油聚醚搅拌混合，然后加入加速剂，继续搅拌混合，获得反应混合液，静置，即得到所述复合水凝胶。
[0013]进一步地，所述引发剂为过硫酸铵；
[0014]所述加速剂为四甲基乙二胺。
[0015]进一步地，所述甲基丙烯酸酯磺基甜菜碱和乙二醇二甲基丙烯酸酯的摩尔比为5:2；
[0016]所述甲基丙烯酸酯磺基甜菜碱和乙二醇二甲基丙烯酸酯的总质量占反应混合液总质量的75％；
[0017]所述所述甘油聚醚的添加量占反应混合液总质量的0.5％～6％。
[0018]进一步地，所述过硫酸铵的加入量占反应混合液总质量的0.05％；
[0019]所述四甲基乙二胺的加入量占反应混合液总质量的0.01％。
[0020]进一步地，所述搅拌混合的温度为室温；
[0021]所述静置的温度为室温，静置的时间为10
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30min。
[0022]进一步地，所述制备方法还包括将复合水凝胶在纯水中浸泡至少3天。
[0023]本专利技术第三方面提供所述的复合水凝胶作为生物相容性材料的用途。
[0024]本专利技术的有益效果为：
[0025]1.本专利技术在PSBMA水凝胶中引入GE，通过酯交换反应产生了新的化学交联，形成了复合水凝胶网络GE
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PSBM本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合水凝胶，其特征在于，所述复合水凝胶由甲基丙烯酸酯磺基甜菜碱、乙二醇二甲基丙烯酸酯和甘油聚醚通过自由基聚合和酯交换反应得到；所述甲基丙烯酸酯磺基甜菜碱的化学结构式如下式I，所述乙二醇二甲基丙烯酸酯化学结构式如下式II，所述甘油聚醚的化学结构式如下式III，所述复合水凝胶的反应式如下式IV；2.一种复合水凝胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将甲基丙烯酸酯磺基甜菜碱、乙二醇二甲基丙烯酸酯、引发剂分别溶解于水中，获得甲基丙烯酸酯磺基甜菜碱水溶液、乙二醇二甲基丙烯酸酯水溶液、引发剂水溶液；将甲基丙烯酸酯磺基甜菜碱水溶液、乙二醇二甲基丙烯酸酯水溶液、引发剂水溶液和甘油聚醚搅拌混合，然后加入加速剂，继续搅拌混合，获得反应混合液，静置，即得到所述复合水凝胶。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述引发剂为过硫酸铵；所述加速剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：王仲楠，孟凡杰，张跃，郭慧，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：