一种双网状气凝胶及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种双网状气凝胶及其制备方法和应用，所述制备方法包括如下步骤：(1)将天然聚合物、合成聚合物、一维材料或二维材料中的任意一种或至少两种的组合与甲基丙烯酸酐化明胶在溶剂中混合，形成聚合物溶液；(2)将聚合物溶液与蓝光引发剂混合，进行光固化，得到所述双网状气凝胶。本发明专利技术所述方法简单易操作，制备的双网状气凝胶的孔径和力学可调控变化，而且生物相容性好。而且生物相容性好。而且生物相容性好。

【技术实现步骤摘要】
一种双网状气凝胶及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及气凝胶
，尤其涉及一种双网状气凝胶及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]气凝胶是一种密度极低、具备多孔结构的，一般通过特定的干燥方法使气体取代凝胶中的液相后形成的纳米级多孔固体材料，现已经广泛应用于航天材料、隔热材料和储能期间等多个方面，尤其是生物材料领域。
[0003]CN107892550A公开了一种高相容性纤维气凝胶材料的制备方法，属于气凝胶
其公开的方法通过制备准晶材料颗粒并有效填充至纤维材料内部，将其分散并填充至纤维材料内部，作为复合材料的弥散强化相，有效改性制备的改性纤维的硬度和强度，使纤维材料在对气凝胶负载时，作为强化改性纤维，有效提高气凝胶材料的硬度和力学性能；且通过以气凝胶材料制备过程中的基体凝胶液与改性纤维凝胶液进行有机的复合，通过静电纺丝制备的纤维材料，可有效作为纤维材料和凝胶材料之间的界面连接相，有效改善纤维材料与凝胶材料的结合强度和界面性能，使制备的复合材料具有优异的相容性能，从而有效提高材料的力学强度和使用性能。
[0004]CN103011745A公开了一种纤维增强二氧化硅气凝胶隔热复合材料及其制备方法，以机械强度高、导热性低，热稳定性能好的矿物纤维为增强相，以硅醇盐为前驱物，采用酸碱两步催化法制备纤维复合二氧化硅湿凝胶，再通过老化、改性、溶剂置换以及超临界干燥得到块状纤维增强气凝胶隔热复合材料。制得的气凝胶隔热复合材料具有优异的力学性能、良好的绝热性能和较高的耐热性。其公开的气凝胶复合材料为三维多孔网络状结构，纤维与气凝胶基体相容性好，界面结合牢固，没有明显界面；块体气凝胶复合材料密度为0.15～0.25g/cm3，压缩强度10％应变能达到0.4～2.0MPa，导热系数在0.016～0.027W/mK。
[0005]虽然气凝胶这种材料的制备和应用都已经比较成熟，但是在用作生物材料方面，气凝胶的制备仍然存在以下几个方面的缺点：
①
气凝胶的孔径大小和力学性能通常难以控制，仅通过改变冷冻的条件不易完成孔径和力学性能可控改变的气凝胶材料制备；
②
为了发挥气凝胶的生物功能，确保能拥有上述可控孔径和力学变化的气凝胶材料制备同时保持良好生物相容性是比较困难的。
[0006]综上，如何制备出具备孔径和力学性能可控调节、拥有良好生物相容性的双网状气凝胶是亟待解决的关键问题之一。

技术实现思路

[0007]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种双网状气凝胶及其制备方法和应用，所述方法简单易操作，制备的双网状气凝胶的孔径和力学可调控变化，而且生物相容性好。
[0008]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]第一方面，本专利技术提供一种双网状气凝胶的制备方法，所述制备方法包括如下步
骤：
[0010](1)将天然聚合物、合成聚合物、一维材料或二维材料中的任意一种或至少两种的组合与甲基丙烯酸酐化明胶(GelMA)在溶剂中混合，形成聚合物溶液；
[0011](2)将聚合物溶液与蓝光引发剂混合，进行光固化，得到所述双网状气凝胶。
[0012]本专利技术以甲基丙烯酸酐化明胶为主要材料，通过与不同的天然聚合物、合成聚合物、一维材料和二维材料混合后成胶制备成双网状气凝胶材料，以这种方式制备的双网状气凝胶库，可以通过改变凝胶冻干过程中的冰晶变化顺序，实现具备孔径和力学的可控变化，同时气凝胶具备良好的生物相容性，可以解决目前气凝胶存在的孔径、力学难以控制及生物相容性差的问题。
[0013]本专利技术中，所述双网状气凝胶指的是，通过两种网络结构的材料交联后制备的双网状气凝胶。
[0014]本专利技术通过合理调控各组分的组成与配比，可形成不同孔径和力学性能的水凝胶，满足不同的需求。
[0015]优选地，步骤(1)中，所述甲基丙烯酸酐化明胶的甲基丙烯酸酐接枝率为50％
‑
90％，例如50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％等。
[0016]本专利技术中，所述接枝率指的是摩尔接枝率。
[0017]优选地，所述天然聚合物包括壳聚糖(Chitosan)和/或胶原蛋白(Collagen)。
[0018]本专利技术中，所述天然聚合物优选壳聚糖和/或胶原蛋白的原因在于上述两种材料作为天然聚合物，具备优秀的生物相容性和生物可降解性。
[0019]优选地，所述合成聚合物包括聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)。
[0020]本专利技术中，所述合成聚合物优选聚乙二醇二丙烯酸酯的原因在于该聚合物拥有良好的三维结构，同时作为合成聚合物具备良好生物相容性。
[0021]优选地，所述一维材料包括碳纳米管(CNT)。
[0022]本专利技术中，所述一维材料优选碳纳米管的原因在于碳纳米管可以对气凝胶支架内部结构进行优秀的改性。
[0023]优选地，所述二维材料包括氧化石墨烯(GO)和/或石墨炔(GDY)。
[0024]本专利技术中，所述二维材料优选氧化石墨烯和/或石墨炔的原因在于这两种材料具备良好生物相容性的同时，可以加入微量即实现微观结构的变化。
[0025]优选地，以所述聚合物溶液中溶剂的总质量为100％计，所述甲基丙烯酸酐化明胶的质量百分数为5％
‑
10％，例如5％、5.5％、6％、6.5％、7％、7.5％、8％、8.5％、9％、9.5％、10％等。
[0026]本专利技术中，控制甲基丙烯酸酐化明胶的质量百分数，即在聚合物溶液中的质量浓度，在上述范围的原因在于该范围内成胶性能最好且结构性能最适合神经分化；添加量过高会导致气凝胶内部结构致密，不适宜神经分化；添加量过低会导致浓度过低，无法进行交联。
[0027]优选地，以所述聚合物溶液中溶剂的总质量为100％计，所述天然聚合物的质量百分数为1％
‑
11％，例如2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、8.5％、9％、9.5％、10％、10.5％等。
[0028]本专利技术中，控制天然聚合物的质量百分数，即在聚合物溶液中的质量浓度，在上述范围的原因在于该范围内天然聚合物即可完成孔径和力学的可控变化；添加量过高会导致
材料本身的性质对神经分化造成影响；添加量过低会导致无法实现材料对内部结构的调控。
[0029]优选地，所述壳聚糖的质量百分数为1％
‑
3％，例如1％、1.5％、2％、2.5％、3％等。
[0030]本专利技术中，控制壳聚糖的质量百分数，即在聚合物溶液中的质量浓度，在上述范围的原因在于该范围内壳聚糖即可完成孔径和力学的可控变化；添加量过高会导致材料本身的性质对神经分化造成影响；添加量过低会导致无法实现材料对内部结构的调控。
[0031]优选地，所述胶原蛋白的质量百分数为2％
‑
8％，例如2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％等。
[0032]本专利技术中，控制胶原蛋白的质量百分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双网状气凝胶的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：(1)将天然聚合物、合成聚合物、一维材料或二维材料中的任意一种或至少两种的组合与甲基丙烯酸酐化明胶在溶剂中混合，形成聚合物溶液；(2)将聚合物溶液与蓝光引发剂混合，进行光固化，得到所述双网状气凝胶。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述甲基丙烯酸酐化明胶的甲基丙烯酸酐接枝率为50％
‑
90％；优选地，所述天然聚合物包括壳聚糖和/或胶原蛋白；优选地，所述合成聚合物包括聚乙二醇二丙烯酸酯；优选地，所述一维材料包括碳纳米管；优选地，所述二维材料包括氧化石墨烯和/或石墨炔。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，以所述聚合物溶液中溶剂的总质量为100％计，所述甲基丙烯酸酐化明胶的质量百分数为5％
‑
10％；优选地，以所述聚合物溶液中溶剂的总质量为100％计，所述天然聚合物的质量百分数为1％
‑
11％；优选地，所述壳聚糖的质量百分数为1％
‑
3％；优选地，所述胶原蛋白的质量百分数为2％
‑
8％；优选地，以所述聚合物溶液中溶剂的总质量为100％计，所述合成聚合物的质量百分数为1％
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10％；优选地，以所述聚合物溶液中溶剂的总质量为100％计，所述一维材料的质量百分数为0.1％
‑
1％；优选地，以所述聚合物溶液中溶剂的总质量为100％计，所述二维材料的质量百分数为0.01％
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2％；优选地，所述氧化石墨烯的质量百分数为0.01％
‑
1％；优选地，所述石墨炔的质量百分数为0.01％
‑
1％。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述蓝光引发剂包括苯基
‑
2,4,6
‑
三甲基苯甲酰基亚磷酸锂；优选地，以所述聚合物溶液中溶剂的总质量为100％计，所述蓝光引发剂的质量百分数为0.02％
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1％。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述一维材料和二维材料在混合前进行研磨和分散；优选地，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：巫林平，侯金飞，张迪，揭君津，孙家明，
申请(专利权)人：中国科学院广州生物医药与健康研究院，
类型：发明
国别省市：