一种基于微气泡模板的多孔水凝胶制备方法技术

一种基于微气泡模板的多孔水凝胶制备方法，使用的微流控芯片装置包括玻璃基底，玻璃基底上键合有具有特定微流道结构的微通道系统；基于微流控芯片装置的微流道结构，通过高速流动聚合物溶液对气体的剪切实现均匀为气泡的快速制备；在冻融循环的诱导下，液态微气泡中的液体聚合物交联固化成多孔材料壁，微气泡中的气体则转化为多孔结构；本发明专利技术通过冻融循环实现聚乙烯醇微气泡聚合物的交联制备多孔水凝胶材料，液态微气泡中的液体聚合物交联固化成多孔材料壁，微气泡中的气体转化为多孔结构，可以避免模板去除的繁琐步骤，生物兼容性好，制备过程无污染。制备过程无污染。制备过程无污染。

【技术实现步骤摘要】
一种基于微气泡模板的多孔水凝胶制备方法


[0001]本专利技术涉及多孔水凝胶制备领域，特别涉及一种基于微气泡模板的多孔水凝胶制备方法。

技术介绍

[0002]多孔水凝胶材料内部为多孔结构并相互交织为网络状结构，具有密度小、较大的比表面积、较高的孔隙率、良好的透水汽性、良好的吸附性能、并兼具一定的力学性能和良好的回弹性。在材料方面，水凝胶是一类柔软的、具有亲水性三维网络结构的聚合物材料，该聚合物网络能吸收大量的水或其他液体从而发生溶胀，多孔水凝胶材料具有超强的吸湿性、可降解性，可以更加环保的实现对资源的有效利用；水凝胶所特有的柔软功能可以促使其与伤口更有效接触，在吸水后具有高含水量与细胞外基质结构相似的优点，含水量高达96%，可保持创面的湿润环境，为伤口提供一个良好的湿润环境，对促进伤口愈合有很好的效果。因此多孔水凝胶材料能够快速吸收伤口渗出液、抗菌，止血、加快伤口的愈合，并已经在医学、生物学修复实验中得到证实，目前已被开始应用于新型医用敷料。
[0003]在众多制备多孔水凝胶材料的方法中，常用的有冷冻干燥法、致孔剂法、发泡法、模板法等。虽然冷冻干燥法制备多孔水凝胶具有操作简单，材料制备成本低，水结晶去除可避免引入其他化学品对支架材料生物相容性的影响，环境友好等优点，但是这种方法所制备的多孔结构存在干燥后形状不规则，不易控制，易形成闭孔等缺点。致孔法制备多孔材料制备方法简单、成本小，但形成的孔结构多是单独且相互不联通的，孔径均匀性与其他成孔方法相比较差；且致孔剂的去除需要经过浸泡、洗涤、溶解等复杂过程，费时费力。在相分离方法制备多孔支架的过程中，同样存在孔洞的大小和孔隙率不易控制，有时还会出现表层致密和闭孔的现象。
[0004]模板技术是目前用于制备多孔水凝胶材料的最广泛的技术之一，在控制多孔水凝胶材料的多孔率和孔径分布等结构特征方面具有很大的优势。当前，已见报道的多孔水凝胶材料制备模板有机晶体，乳胶颗粒，冰等硬质模板，但使用硬质模板生物方法需要在聚合物材料固化后通过高温熔化或溶剂清洗以去除模板最终形成多孔水凝胶材料。另有报道将微气泡作为模板来进行多孔水凝胶材料的新方法，但由于聚乙烯醇在冻融循环中容易塌陷的问题，现有技术中常用的方法是使用聚乙烯醇、明胶、十二烷基钠硫酸盐等聚合物固体试剂按比例称量好混入去离子水中，得到所需的聚合物溶液，进而制备低粘度的液态微气泡，再将低粘度的微气泡通入高粘度的聚合物液体中，但是这种方法获得的多孔水凝胶材料，不能够有效促进伤口愈合和皮肤再生。并且现有技术难以有效控制水凝胶多孔材料的孔隙率和孔径分布，另外，现有技术中制备过程是在室温中进行的，微流控芯片装置是在室温中，将初步配置的聚合物溶液，通过微流控芯片装置先制备低粘度的液态微气泡，再将低粘度的微气泡通入高粘度的聚合物液体中，制备步骤繁琐。

技术实现思路

[0005]为解决上述不足，提升多孔水凝胶材料的制备能力，本专利技术提供一种基于微气泡模板的多孔水凝胶制备方法，通过微流控芯片装置产生大小可控的微气泡作为模板，可以避免模板去除的繁琐步骤；通过冻融循环实现聚乙烯醇微气泡聚合物的交联制备多孔水凝胶材料，生物兼容性好，制备过程无污染；通过明胶材料的复合使用，增强了多孔材料的强度，提高了制备成功率；通过葡聚糖的引入，可以促进伤口愈合和皮肤再生；可通过对微气泡大小实现对多孔水凝胶材料孔隙率的控制。
[0006]本专利技术的目的是以下述方式实现的：一种基于微气泡模板的多孔水凝胶制备方法，包括以下步骤：A0. 配置聚合物溶液；并将配置好的聚合物溶液装入聚合物溶液储液瓶；A1. 将微流控芯片装置和聚合物溶液及聚合物溶液储液瓶置于恒温箱中，使用微流控芯片装置制备液态微气泡，并将液态微气泡输送到低温环境中进行收集储存；A2. 通过冻融循环诱导，液态微气泡中的液体聚合物交联固化成多孔材料壁，微气泡中的气体则转化为多孔材料；A3. 将多孔材料进行冷冻干燥，去除材料中的水分，制备得到亲水的初级聚乙烯醇孔隙凝胶材料；A4. 对初级聚乙烯醇孔隙凝胶材料进行化学修饰，原有的微纳米结构发生改变，孔壁形成蜂窝结构，制备得到超疏水的多孔水凝胶。
[0007]进一步地，所述步骤A0中配置聚合物溶液过程具体操作为：聚乙烯醇、明胶、葡聚糖、十二烷基硫酸钠等聚合物固体试剂按比例称量好混入去离子水中，并放入磁力搅拌水域锅，加热至90度，使用磁力搅拌子快速搅拌3小时，使聚乙烯醇、明胶、葡聚糖、十二烷基硫酸钠快速溶解，然后静至常温，得到所需的聚合物溶液。
[0008]进一步地，聚乙烯醇的分子量为80000
‑
90000，质量分数为15%、葡聚糖（T
‑
70）质量分数为1%、明胶质量分数为5%、十二烷基硫酸钠质量分数为1%，其质量分数均是相对去离子水质量而言，以100克去离子水为离子，需加入15克聚乙烯醇、1克葡聚糖、5克明胶、1克十二烷基硫酸钠。
[0009]进一步地，所述微流控芯片装置包括玻璃基底，玻璃基底上键合有具有特定微流道结构的微通道系统；微通道系统包括溶液流道和气体流道，溶液流道的入口端为溶液入口，溶液流道的出口端通过蛇形流道 与溶液出口连通，气体流道的入口端为气体入口，气体流道的出口端与溶液流道的中部连通；溶液入口与第一特氟龙软管一端连接，第一特氟龙软管另一端与聚合物溶液储液瓶连接，气体入口与第二特氟龙软管一端连接，第二特氟龙软管另一端与空气储液瓶连接，所述聚合物溶液储液瓶和空气储液瓶均和氮气压力注射泵连接，溶液出口与第三特氟龙软管的一端连接，第三特氟龙软管的另一端伸入到玻璃容器中；所述的微通道系统的材质为聚二甲基硅氧烷。
[0010]进一步地，所述步骤A1中基于微流控芯片装置制备液态微气泡的具体操作为：首先将微流控芯片装置和聚合物溶液及聚合物溶液储液瓶置于60
°
恒温箱中，并把玻璃容器置于零度的低温环境处；开启氮气压力注射泵，调节合适的压力，将聚合物溶液储液瓶中的聚合物溶液以及空气储液瓶中的气体分别通过第一特氟龙软管、第二特氟龙软管，压入溶液流道和气体流道并高速流动；气体流道中的气体在溶液流道中高速流动聚合物溶液的流
体剪切下快速生成均匀的微气泡，最终通过第三特氟龙软管流入到玻璃容器中进行收集。
[0011]进一步地，所述气体为空气或氮气。
[0012]进一步地，所述步骤A2中通过冻融循环诱导具体操作流程为：A21：将收集于玻璃容器中的液态微气泡在冷冻温度
‑
20度的冷冻设备中冷冻12小时，之后取出并在融化温度为4度的冰箱中放置12小时；A22：再次重复A21；A23：将A22之后的材料继续在冷冻温度为
‑
20度下冷冻12小时，在融化温度为4度的冷冻设备中储存1小时，在室内温度25度下储存12小时；A24：再次重复A23，得到初步凝胶化的多孔水凝胶材料。
[0013]进一步地，所述步骤A3的具体操作流程为：使用冷冻干燥机去除多孔水凝胶材料内的水分，首先将初步凝胶化的多孔水凝胶材料在温度为
‑
20
°...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于微气泡模板的多孔水凝胶制备方法，其特征在于，包括以下步骤：A0. 配置聚合物溶液；并将配置好的聚合物溶液装入聚合物溶液储液瓶；A1. 将微流控芯片装置和聚合物溶液及聚合物溶液储液瓶置于恒温箱中，使用微流控芯片装置制备液态微气泡，并将液态微气泡输送到低温环境中进行收集储存；A2. 通过冻融循环诱导，液态微气泡中的液体聚合物交联固化成多孔材料壁，微气泡中的气体则转化为多孔材料；A3. 将多孔材料进行冷冻干燥，去除材料中的水分，制备得到亲水的初级聚乙烯醇孔隙凝胶材料；A4. 对初级聚乙烯醇孔隙凝胶材料进行化学修饰，原有的微纳米结构发生改变，孔壁形成蜂窝结构，制备得到超疏水的多孔水凝胶。2.如权利要求1所述的一种基于微气泡模板的多孔水凝胶制备方法，其特征在于，所述步骤A0中配置聚合物溶液过程具体操作为：聚乙烯醇、明胶、葡聚糖、十二烷基硫酸钠的聚合物固体试剂按比例称量好混入去离子水中，并放入磁力搅拌水域锅，加热至90度，使用磁力搅拌子快速搅拌3小时，使聚乙烯醇、明胶、葡聚糖、十二烷基硫酸钠快速溶解，然后静至常温，得到所需的聚合物溶液。3.如权利要求2所述的一种基于微气泡模板的多孔水凝胶制备方法，其特征在于，聚乙烯醇的分子量为80000
‑
90000，质量分数为15%、葡聚糖（T
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70）质量分数为1%、明胶质量分数为5%、十二烷基硫酸钠质量分数为1%。4.如权利要求1所述的一种基于微气泡模板的多孔水凝胶制备方法，其特征在于，所述微流控芯片装置包括玻璃基底（1），玻璃基底（1）上键合有具有特定微流道结构的微通道系统（2）；微通道系统（2）包括溶液流道（5）和气体流道（8），溶液流道（5）的入口端为溶液入口（3），溶液流道（5）的出口端通过蛇形流道（9 ）与溶液出口（11）连通，气体流道（8）的入口端为气体入口（7），气体流道（8）的出口端与溶液流道（5）的中部连通；溶液入口（3）与第一特氟龙软管（4）一端连接，第一特氟龙软管（4）另一端与聚合物溶液储液瓶连接，气体入口（7）与第二特氟龙软管（6）一端连接，第二特氟龙软管（6）另一端与空气储液瓶连接，所述聚合物溶液储液瓶和空气储液瓶均和氮气压力注射泵连接，溶液出口（11）与第三特氟龙软管（10）的一端连接，第三特氟龙软管（10）的另一端伸入到玻璃容器（12）中；所述的微通道系统（2）的材质为聚二甲基硅氧烷。5.如权利要求4所述的一种基于微气泡模板的多孔水凝胶制备方法，其特征在于，所述步骤A1中基于微流控芯片装置制备液态微气泡的具体操作为：首先将微流...

【专利技术属性】
技术研发人员：金少搏，叶国永，韦学勇，杨贵先，张志远，李立伟，曹娜，
申请(专利权)人：郑州轻工业大学，
类型：发明
国别省市：