一种多糖基多网络梯度结构物理自润滑水凝胶及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种多糖基多网络梯度结构物理自润滑水凝胶的制备方法，包括：以明胶、海藻酸钠、羧甲基纤维素钠和表面活性剂为原料制备均匀的混合溶液；将混合溶液离心并加入氧化淀粉溶液络合形成交联密度在水平方向呈现由圆周向中心梯度变化的第一梯度物理交联网络，采用Ca

【技术实现步骤摘要】
一种多糖基多网络梯度结构物理自润滑水凝胶及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及水凝胶材料
，具体涉及一种多糖基多网络梯度结构物理自润滑水凝胶及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]物理交联水凝胶，与化学合成凝胶相比毒性更低，制备工艺更简单，因此，物理交联水凝胶逐渐成为组织工程领域内颇具潜力的替换材料。特别是纤维素基物理交联水凝胶，其具有适宜的扩展性、良好的柔韧性、对水分子等的优异透过性等，物理性质非常接近生物组织，具有类似关节软骨和植物细胞壁的纤维网络微结构，在人工软骨、药物释放系统、伤口敷料等生物医学领域中应用广泛。
[0003]纤维素基水凝胶含水率高，在压力作用下水分被挤出，能够起到润滑减摩的作用，结构和性能均与关节软骨相似，是一种非常具有应用潜力的人工关节软骨替代材料。
[0004]单一成分的物理交联水凝胶(纯纤维素水凝胶、纯明胶水凝胶等)机械性能通常较弱，压缩模量一般为几十到几百千帕，力学强度难以同生物组织(几到几十兆帕)匹配。而物理交联水凝胶摩擦系数同凝胶机械强度成正相关，压缩模量提高导致摩擦系数增大。即润滑水凝胶与生物工程替换材料水凝胶对凝胶基体力学强度的需求存在矛盾。
[0005]纤维素基物理交联水凝胶、明胶基物理交联水凝胶的摩擦系数通常为10
‑1～10
‑2，远不及实际所需低摩擦系数(10
‑3～10
‑4)。目前，研究者致力于提高凝胶润滑性，如聚吡咯烷酮(PVP)、丙烯酰胺等亲水性强的聚合物被引入水凝胶中以降低界面摩擦。但水凝胶的润滑效果距离真正的生物润滑，特别是低滑动速率下的边界水润滑差距较大，且单一的提高凝胶网络骨架亲水性，凝胶宏观压缩模量会因含水率增高、网链尺寸增大而产生明显下降，不利于水凝胶在实际生物应用场景中的推广。
[0006]公开号为CN 114870099 A的专利技术专利申请文件公开了一种具有取向
‑
同心圆结构的全天然多糖基可降解复合接骨钉材料及其制备方法，该专利技术首先制取添加有HA
‑
CCNC、Alginate和CCS的碱溶CS溶液；经离心后，加热原位凝胶化得到具有取向结构的HA
‑
CCNC/CS/Alginate/CCS水凝胶；透析后，在Ca
2+
/Mg
2+
混合溶液中通过梯度渗透工艺进行双金属离子原位交联，以获得同心圆结构；然后浸渍于QCS溶液中；最后通过旋转烘干法、激光套螺纹工艺转变成具有取向
‑
同心圆结构的全天然多糖基复合接骨钉。
[0007]公开号为CN 114752077 A的专利技术专利申请文件公开了一种双组份各向异性水凝胶的制备方法，该专利技术将存在物理交联作用的两种水溶性水凝胶组份(如纤维素、PVA)混合溶于水中形成双组份前驱液，或进一步发生化学反应产生化学键，形成交联的双组份前驱液，然后将双组份前驱液或交联的双组份前驱液定向冷冻，待前驱液沿着温度梯度方向完全冻结后，将冻结样品盐析处理得到双组份各向异性水凝胶，结构层次的丰富提高了水凝胶的综合机械性能，但是上述专利技术均未对所得产物的摩擦系数进行研究。
[0008]公开号为CN 114507408 A的专利技术专利申请文件公开了一种低摩擦、模量可调的物
理水凝胶及其制备方法和应用，以盐敏感高分子单体、高分子聚合物和盐为原料，制备出具有粗糙表面的水凝胶，其表面可以有效锁住凝胶表面的低表面能的润滑液，使润滑液可以替代空气填充于凝胶表面，最终将摩擦面之间的固/固摩擦转化为摩擦力更低的固/液摩擦，赋予水凝胶低摩擦的性能，灌注润滑液后凝胶滑动角约为35～48
°
。
[0009]公开号为CN 114989454 A的专利技术专利申请文件公开了一种多网络天然高分子物理水凝胶的制备方法，将温敏性聚合物加热溶解在水中，形成温敏性聚合物水溶液；在加热状态下，先将聚阴离子加入温敏性聚合物水溶液中搅拌至均匀分散状态，再将聚阳离子、酸溶性金属化合物离子盐和润滑剂(甘油)加入上述混合溶液中搅拌至均匀分散状态，形成聚电解质温敏混合溶胶；将聚电解质温敏混合溶胶倒入成型容器中降温，使液态温敏混合溶胶转变为固态，得到预成型水凝胶；向柱状成型容器中倒入酸性水溶液将凝胶浸没，得到多网络天然高分子物理水凝胶。
[0010]高强度或润滑的物理交联水凝胶虽然分别已有报道，但如何在提高物理交联水凝胶机械强度的基础上，在低滑动速率下获得同生物边界超润滑接近的摩擦系数(10
‑3～10
‑4)，目前在国内外尚未得到很好的解决。因此，受多重梯度结构的关节软骨启发，有必要设计存在梯度结构的多网络水凝胶基体，以解决上述现有技术中存在的问题。

技术实现思路

[0011]为解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种多糖基多网络梯度结构物理自润滑水凝胶的制备方法，该方法易于实施、反应条件温和，能够同时提高多糖基水凝胶的机械强度和自润滑摩擦性能，制备得到的水凝胶具有多网络梯度结构，机械强度好且具备优异的润滑效果。
[0012]一种多糖基多网络梯度结构物理自润滑水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
[0013](1)将第一聚合物明胶、第二聚合物海藻酸钠、第三聚合物羧甲基纤维素钠、表面活性剂加入至去离子水中，分散、溶胀、搅拌得到均匀的混合溶液；
[0014](2)将步骤(1)中得到的混合溶液离心，离心过程中于混合溶液边缘位置处加入氧化淀粉溶液与明胶发生原位凝胶化，得到交联密度在水平方向呈现由圆周向中心梯度变化的第一物理交联网络多糖水凝胶；
[0015](3)使Ca
2+
/Fe
3+
盐溶液单向扩散至步骤(2)中制备得到的第一物理交联网络多糖水凝胶内部以构建垂直方向上交联密度随金属离子扩散方向梯度变化的非均一性第二、第三网络，再浸泡除去游离金属离子并至水凝胶尺寸稳定，得到多糖基多网络梯度结构物理自润滑水凝胶。
[0016]本专利技术通过明胶聚合物链与氧化淀粉大分子链的原位凝胶化制备得到交联密度在水平方向呈现由圆周向中心梯度变化的第一物理交联网络多糖水凝胶，在第一梯度物理交联网络中引入多糖聚合物(羧甲基纤维素钠和海藻酸钠)，与金属离子发生络合制备得到非均一性第二、第三网络，具体的，海藻酸钠与Ca
2+
在垂直方向上单向扩散络合交联形成第二梯度物理交联网络，羧甲基纤维素钠与Fe
3+
在垂直方向上单向扩散络合交联形成第三梯度物理交联网络，三重网络和两交叉方向变化的梯度结构的引入可提高多糖基凝胶机械性能，使得产品水凝胶在高载荷压力下具有良好的机械性能并维持自支撑性，同时表面活性剂的引入能够降低凝胶的表面张力，从而降低多糖基多网络梯度结构物理水凝胶的摩擦
力，使得制备得到的水凝胶具有优异的润滑效果。
[0017]优选地，步骤(1)中，所述的明胶的重均分子量为10,000～150,000；所述的海藻酸钠的重均分子量为30,000～250,000，β
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多糖基多网络梯度结构物理自润滑水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将第一聚合物明胶、第二聚合物海藻酸钠、第三聚合物羧甲基纤维素钠、表面活性剂加入至去离子水中，分散、溶胀、搅拌得到均匀的混合溶液；(2)将步骤(1)中得到的混合溶液离心，离心过程中于混合溶液边缘位置处加入氧化淀粉溶液与明胶发生原位凝胶化，得到交联密度在水平方向呈现由圆周向中心梯度变化的第一物理交联网络多糖水凝胶；(3)使Ca
2+
/Fe
3+
盐溶液单向扩散至步骤(2)中制备得到的第一物理交联网络多糖水凝胶内部以构建垂直方向上交联密度随金属离子扩散方向梯度变化的非均一性第二、第三网络，再浸泡除去游离金属离子并至水凝胶尺寸稳定，得到多糖基多网络梯度结构物理自润滑水凝胶。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的明胶的重均分子量为10,000～150,000；所述的海藻酸钠的重均分子量为30,000～250,000，β
‑
D
‑
甘露糖醛酸/α
‑
L
‑
古罗糖醛酸的比值为0.5～1.5；所述的羧甲基纤维素钠的重均分子量为3,000～3000,000，取代度为0.6～0.9；所述的表面活性剂为非离子型表面活性剂或离子型表面活性剂。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，以溶剂去离子水的质量计，明胶的质量分数为0.5～15％，海藻酸钠的质量分数为0.5～10％，羧甲基纤维素钠的质量分数为0.5～5％，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈璐，胡志军，陈华，丁晓良，黄星雨，
申请(专利权)人：浙江科技学院，
类型：发明
国别省市：