一种湿性粘附水凝胶材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种湿性粘附水凝胶材料，采用生物相容性良好的聚乙烯醇材料为基底，通过掺杂带有邻苯二酚基团的化合物增加材料整体的粘附性，随后制备聚乙烯醇水凝胶；采用激光直写对水凝胶基材表面进行加工，构建微阵列结构；最后在微碱性条件下，通过多巴胺原位氧化自聚在微米级结构处生成聚多巴胺纳米粒子，从而得到具有极强粘附性的水凝胶材料。所制备的水凝胶材料便于临床操作或紧急情况使用的理想医用胶粘剂，具有适当的粘合能力和良好的生物相容性。物相容性。物相容性。

【技术实现步骤摘要】
一种湿性粘附水凝胶材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于凝胶材料领域，具体涉及一种湿性粘附水凝胶材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]道路交通伤害与战争中造成的严重外伤，以及手术中无法控制的出血情况，急需创面快速封闭。临床上常用的缝合方法在手术室外可行性小，在大多数紧急情况下也没有条件实施。随着材料科学的发展，许多新材料已被用于快速封闭创面，其中水凝胶材料(Hydrogel)由于其类似细胞外基质的特点被广泛用于生物材料中。传统水凝胶粘附强度通常较弱，这是由于大量的水在其表面与基底之间形成一层屏障，使二者无法直接接触，导致表面能降低，粘附力减弱。此外，水分子通过氢键与水凝胶中的粘附基团相互作用，显著降低了水凝胶与固体材料的界面反应。
[0003]聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol,PVA)是一种通过聚醋酸乙烯酯醇解得到的水溶性高分子。聚乙烯醇具有良好的水溶性、对人体无害，无副作用，良好的组织相容性、对环境污染小。PVA制成的水凝胶在眼科、人工软骨、创面敷料等生物医学领域具有广泛的应用前景。但PVA水凝胶本身缺少对生物基体的粘附作用，因此需要对其进行材料或结构的改性，提高其湿性粘附的能力(中国专利CN113201152A、CN113150326A、CN113004543A)。
[0004]在材料设计方面，贻贝足斑中的粘附蛋白富含一种名为3,4
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二羟基苯丙氨酸(L
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Dopa)的氨基酸，其具有独特的邻苯二酚基团可以通过氢键、金属配位、阳离子
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π相互作用、π
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π相互作用和氧化还原等方式参与各种界面相互作用，这些相互作用提供了即时有效的附着力，并在随后的固化中进一步加强。同时邻苯二酚基团易被氧化为醌，使得邻苯二酚之间或邻苯二酚与巯基、氨基等基团发生化学交联，实现与基底的化学粘附。
[0005]在结构设计方面，许多生物如章鱼、壁虎和树蛙等具有独特的湿表面附着能力，这是由于其足部具有特殊的微/纳米结构。这些粘附器官上的微/纳米结构(如小刺、绒毛和凸起等)可以增加粘附器官与基底之间的接触面积，一方面增大了粘附接触点，另一方面起到保持负压的辅助作用。

技术实现思路

[0006]本专利技术要解决的技术问题是：通过仿生学的方法构建一种PVA水凝胶，解决其在湿性条件下粘附力较弱的问题。本专利技术提供一种用于湿性粘附的聚乙烯醇水凝胶及其制备方法，采用生物相容性良好的PVA材料为基底，材料设计方面引入邻苯二酚基团，增加粘附性；结构设计方面，采用激光直写构建10～200μm的微阵列结构，并原位生成50～500nm聚多巴胺纳米粒子，从而得到具有极强粘附性的水凝胶材料。
[0007]本专利技术的目的之一在于提供一种湿性粘附水凝胶材料，所述的水凝胶材料中含有以下结构片段：
[0008][0009]本专利技术优选的实施方式中，所述的水凝胶材料包括由聚乙烯醇和含邻苯二酚结构的化合物共混得到的聚乙烯醇水凝胶基材、以及所述基材表面原位生长的聚多巴胺纳米粒子。
[0010]本专利技术更优选的实施方式中，所述的基材表面具有微阵列结构，优选地，所述的微阵列结构尺寸为10～200μm，优选为30～130μm；所述聚多巴胺纳米粒子的粒径为50～500nm，优选为100～300nm。
[0011]本专利技术的目的之二在于提供一种权利要求上述湿性粘附水凝胶材料的制备方法，包括将聚乙烯醇和含邻苯二酚结构的化合物共混后得到聚乙烯醇水凝胶基材，采用激光直写后加入多巴胺类化合物，在水凝胶基材表面原位生成聚多巴胺纳米粒子后，即得湿性粘附水凝胶材料。优选地，所述的制备方法具体包括以下步骤：
[0012]步骤1、在聚乙烯醇溶液中加入含邻苯二酚结构的化合物混合均匀，得到混合物A(PVA
‑
DA)；
[0013]步骤2、向混合物A中加入交联剂，交联反应得到聚乙烯醇水凝胶B(PVA
‑
DA Hydrogel)；
[0014]步骤3、采用激光直写对聚乙烯醇水凝胶B进行加工，构建表面具有微阵列结构的聚乙烯醇水凝胶基材(PVA
‑
DA
‑
Laser Hydrogel)；
[0015]步骤4、将多巴胺类化合物溶液涂抹在步骤3得到的聚乙烯醇水凝胶基材表面，聚合反应生成聚多巴胺纳米粒子，即得所述的湿性粘附水凝胶材料(PVA
‑
DA
‑
Laser
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PDA Hydrogel)。
[0016]上述制备方法的步骤1中，所述聚乙烯醇溶液的浓度为2～20wt％，优选为8～12wt％；聚乙烯醇溶液由聚乙烯醇加入到水中加热溶解得到，加热溶解的温度没有特别限定，使得聚乙烯醇能够充分溶解即可，例如，加热温度可以为75～95℃，优选为80～90℃。
[0017]上述制备方法的步骤1中，所述含邻苯二酚结构的化合物选自多巴胺盐酸盐、3,4
‑
二羟基苯甲酸、3,4
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二羟基苯乙酸、单宁酸中的至少一种；所述含邻苯二酚结构的化合物的用量为聚乙烯醇用量的5～50wt％，优选为10～20wt％。
[0018]上述制备方法的步骤2中，所述的交联剂选自1,4
‑
丁二醇缩水甘油醚、戊二醛、环氧氯丙烷、邻苯二甲醛中的至少一种；所述交联剂的用量为聚乙烯醇用量的5～30wt％，优选为10～20wt％。
[0019]上述制备方法的步骤2中，所述的交联反应温度为15～30℃，反应时间为4～36h；所述交联反应后得到的聚乙烯醇水凝胶还需要用水浸泡透析处理，除去未反应的交联剂，具体浸泡透析操作为：将制得的聚乙烯醇水凝胶用去离子水浸泡透析3天。
[0020]上述制备方法的步骤3中，所述的激光直写操作可以采用常用的设备和操作条件，优选地，选用波长为5～20μm、60～100W的CO2受激准分子激光束，通过激光直写构建的微阵列结构可以是线阵列、孔阵列、圆阵列、柱阵列、图案阵列等。
[0021]上述制备方法的步骤4中，所述多巴胺类化合物溶液的浓度为0.1～10wt％，优选为1～5wt％；所述多巴胺类化合物溶液的溶剂为碱性混合溶剂，优选地，所述的碱性混合溶剂为碱性化合物、乙醇、水的混合物；其中，所述的碱性化合物选自氨水、乙二胺、三乙胺、三乙醇胺、2
‑
羟基乙胺、异丙醇胺中的至少一种，所述的碱性化合物：乙醇：水的用量比为1：(20～60)：(60～100)，优选为1：(30～50)：(80～90)。
[0022]上述制备方法的步骤4中，所述的聚合反应在室温下进行即可，优选在室温避光反应10～50h，聚合反应后得到的聚多巴胺纳米粒子还需洗涤、干燥处理，具体可采用乙醇洗涤凝胶表面后在空气中干燥即可。
[0023]本专利技术的目的之三在于提供一种上述湿性粘附水凝胶材料或者上述制备方法得到的湿性粘附水凝胶材料应用于医用胶粘剂。
[0024]本专利技术中采用生物相容性良好本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种湿性粘附水凝胶材料，所述水凝胶材料中含有以下结构片段：2.根据权利要求1所述的水凝胶材料，其特征在于，所述的水凝胶材料包括由聚乙烯醇和含邻苯二酚结构的化合物共混后得到的聚乙烯醇水凝胶基材、以及所述基材表面原位生长的聚多巴胺纳米粒子。3.根据权利要求2所述的水凝胶材料，其特征在于，所述的基材表面具有微阵列结构，优选地，所述的微阵列结构的尺寸为10～200μm，优选为30～130μm；和/或，所述聚多巴胺纳米粒子的粒径为50～500nm，优选为100～300nm。4.一种权利要求1～3任一项所述的湿性粘附水凝胶材料的制备方法，包括将聚乙烯醇和含邻苯二酚结构的化合物共混后得到聚乙烯醇水凝胶基材，采用激光直写后涂抹多巴胺类化合物溶液，在水凝胶基材表面原位生成聚多巴胺纳米粒子后，即得所述的湿性粘附水凝胶材料。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述的制备方法具体包括以下步骤：步骤1、在聚乙烯醇溶液中加入含邻苯二酚结构的化合物混合均匀，得到混合物A；步骤2、向混合物A中加入交联剂，交联反应得到聚乙烯醇水凝胶B；步骤3、采用激光直写对聚乙烯醇水凝胶B进行加工，构建表面具有微阵列结构的聚乙烯醇水凝胶基材；步骤4、将多巴胺类化合物溶液涂抹在步骤3得到的聚乙烯醇水凝胶基材表面，聚合反应生成聚多巴胺纳米粒子，即得所述的湿性粘附水凝胶材料。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1中：所述聚乙烯醇溶液的浓度为2～20wt％，优选为8～12wt％；和/或，所述含邻苯二酚结构的化合物选自多巴胺盐酸盐、3,4
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【专利技术属性】
技术研发人员：王春堯，侯丹丹，祁丽亚，王岩森，郭子芳，郭敏，
申请(专利权)人：中石化北京化工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：