采用纳米结晶纤维素(NCC)作为交联剂和增强畴以开发具有高强度和改进的扩散性质的纳米复合水凝胶；所得纳米复合水凝胶显示出具有高机械性质、可逆的溶胀能力，并且是可生物降解的和生物相容的；该途径依靠利用多种亲水性乙烯基单体进行自由基聚合以形成水凝胶。这些水凝胶适于开发高吸收性卫生产品，以及在医疗、工程化材料和传感器中应用。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体涉及新型纳米复合水凝胶，和制备纳米复合水凝胶的方法，更具体来说，涉及作为聚合物水凝胶中的交联剂和增强畴的纳米结晶纤维素(NCC)。该途径依靠利用多种亲水性こ烯基单体进行自由基聚合以形成水凝胶。本专利技术适于在医疗、工程化材料、传感器、和消费产品(例如高吸收性卫生产品)中开发应用。
技术介绍
聚合物水凝胶是交联的亲水性聚合物网络，其在吸收大量水时溶胀。在过去的几十年中已对水凝胶在多种应用中进行了广泛研究，如药物递送、组织工程、刺激ー响应传感器等。卜6通常，水凝胶是软而脆的。但是，有些应用需要显著的机械负荷，例如，医疗植入物，和ー些电化学设备。7为许多新的和现有的应用设计水凝胶需要它们具有足够的机械强度，以及保持它们的原始性质，如刺激响应性和快速融合。 自然界中，有许多具有高机械强度的水凝胶。7许多海洋植物如海藻是以聚合物纤维或无机纤维增强的多糖水凝胶。在人体中，软骨、角膜、和真皮都是纤维增强的水凝胶。这些纤维通过起承受负荷的组分的作用来增强水凝胶。近来，报告了具有良好机械性质的三种新的水凝胶拓扑凝胶、纳米复合凝胶、和双网络凝胶。拓扑凝胶具有8字形(figure-of-eight)交联剂，其能够沿聚合物链滑移。8因此，这些凝胶是能高度拉伸的，并且可以吸收大量水。对于纳米复合凝胶，聚合物链通过纳米颗粒例如无机粘土代替有机交联剂来交联。9纳米复合水凝胶也是能高度拉伸的并具有非常好的拉伸强度。双网络水凝胶具有两个互相穿透的聚合物网络ー个是高度交联的刚性聚合物基体，而另ー个是松散交联的柔性聚合物基体。W这些双网络水凝胶具有非常高的硬度和韧性。专利技术内容本专利技术寻求提供新型纳米复合水凝胶。本专利技术还寻求提供制备纳米复合水凝胶的新方法。在本专利技术的一方面，提供了纳米复合水凝胶，其包含通过包含纳米结晶纤维素(NCC)的交联剂交联的亲水性聚合物。在本专利技术的另一方面，提供了制备纳米复合水凝胶的方法，包括在用于所述聚合物的交联剂的存在下使亲水性単体聚合以形成亲水性聚合物，所述交联剂包含纳米结晶纤维素(NCC)。在本专利技术的其它方面，提供了由本专利技术的纳米复合水凝胶形成的新型设备，例如医疗设备和吸收性卫生设备。在本专利技术的再其它方面，提供了使用本专利技术的纳米复合水凝胶作为工程化材料。在本专利技术的再其它方面，提供了使用本专利技术的纳米复合水凝胶作为医疗应用中的药物递送体系。在本专利技术的再其它方面，提供了使用本专利技术的纳米复合水凝胶作为刺激响应传感器。在本专利技术的再其它方面，提供了使用本专利技术的纳米复合水凝胶用于医疗植入物。在本专利技术的再其它方面，提供了在组织工程中使用本专利技术的纳米复合水凝胶。具体实施例方式纳米复合水凝胶包含亲水性聚合物，尤其是得自亲水性こ烯基单体的聚合的亲水性聚合物，该聚合物通过包含纳米结晶纤维素(NCC)的交联剂而交联。 纳米结晶纤维素(NCC)被提取为典型的化学木浆的酸水解的胶体悬液，但也可使用其它纤维素材料如细菌、含纤维素的海洋动物(例如被囊动物)、或棉。NCC由纤维素、β (1-4)连接的D-葡萄糖単元的直链聚合物构成，其链自行排列以形成结晶畴和非晶畴。由水解提取获得的NCC的聚合度(DP)为90彡DP彡110，和3. 7-6. 7个硫酸酷，每100个无水葡萄糖单元。NCC包含微晶，其物理尺寸为截面宽5-10nm和长20-100nm，这取决于提取中使用的原料。这些带电的微晶可以悬浮在水中，或如果适当衍生化可悬浮于其它溶剂中，或通过风干、喷雾干燥、或冻干而自组装形成固体材料。当干燥吋，NCC形成聚集的平行六面体棒状结构，其具有纳米范围(5-20nm)截面，而它们的长度在较大的数量级(IOO-IOOOnm)，造成高长径比。NCC的特征还在于高结晶度(>80%，且通常为85-97%)，接近纤维素链的理论极限。纤维素链之间的氢键和可以稳定化NCC中的局部结构，并且在结晶畴的形成中起到重要作用。结晶度定义为样品的结晶份数，其強烈地影响NCC的物理和化学性能。例如，NCC的结晶度直接影响化学衍生化、溶胀和水结合性质的可行性。具体来说，交联剂包含改性的NCC，其中改性剂具有与NCC的羟基偶联的第一官能团，和与所述聚合物偶联的第二官能团。改性剂合适地为具有官能团的こ烯基单体，举例来说，可提到甲基丙烯酸缩水甘油酷。基于它们的分子结构，可选择ー类化学品作为NCC的改性剂。一些实例有甲基丙烯酸三甲基甲硅烷基酷、甲基丙烯酸2-(三甲基甲硅烷氧基)こ酷、甲基丙烯酸2-氨基こ酷、甲基丙烯酸2-异氰基こ酷、丙烯酸2-氯こ酯、丙烯酸3-(三甲氧基甲硅烷基)丙酷、丙烯酸缩水甘油酷、こ烯基异氰酸酷、2-氨基こ基こ烯基醚、和こ烯基三甲氧基硅烷。合适的亲水性単体包括，举例来说，丙烯酸、丙烯酰胺(AM)、こ烯基-2-吡咯烷酮、N-异丙基丙烯酰胺(NI PAM)、和N-こ烯基甲酰胺(NVF)。以下类别的亲水性単体也可用于聚合物形成，α -こ基丙烯酸、甲基丙烯酸、2-丙烯酰氨基-2-甲基-I-丙磺酸、羟基聚こ氧基(10)烯丙基醚、丙烯酸2-羟基こ酷、丙烯酸3-磺丙酯钾盐、聚丙烯酸(こニ醇)酷、丙烯酸四氢糠醇酷、和甲基丙烯酰胺。此外，原则上所有前述単体也可以选择作为共聚単体，使得亲水性聚合物为亲水性共聚物，因此作为共聚合反应的合适的组合。用于产生亲水性聚合物的共聚合的合适的共聚单体组合有，例如，丙烯酰胺和丙烯酸、丙烯酰胺和甲基丙烯酸、N-异丙基丙烯酰胺和丙烯酸、N-异丙基丙烯酰胺和聚丙烯酸(こニ醇)酷、和聚丙烯酸(こニ醇)酷和丙烯酰胺。因此亲水性こ烯基单体的聚合可以为こ烯基单体的均聚合，或こ烯基单体和共聚单体的共聚合。在共聚合的情况下，为了制备良好的水凝胶，采用亲水性单体和亲水性共聚单体以形成应能在水性介质中溶胀的网络。可理解的是，第一官能团可为与NCC上的基团如羟基反应或偶联的任何基团，以使改性剂偶联到NCC ;且第二官能团可为与聚合物或形成该聚合物的単体上的基团反应或偶联的任何基团。本领域技术人员能够选择具有合适的官能团的改性剂以与NCC和亲水性聚合物或単体偶联，形成这样的聚合物。类似地，本领域技术人员能够选择用于聚合物形成的的単体，所述单体具有适合与改性剂的第二官能团偶联的官能团。可理解的是，虽然提到的是用于聚合物形成的単体，本专利技术还包括额外地使用共聚单体从而制备交联的共聚物，而不只是交联的均聚物；在这样的情况下，共聚单体不需要參与交联，虽然这也是可能的。由此，具有多种期望特性的水凝胶可以通过选择亲水性単体、改性剂和任选的共聚单体来制备。此外，提供了制备具有作为交联剂和增强畴的纳米结晶纤维素(NCC)的纳米复合水凝胶的方法。各NCC纳米颗粒连接到改性剂的至少两个単元上。NCC预期在水凝胶结构中完全随机分布。制得的水凝胶具有高机械强度，同时保持原始性质。与基于粘土的纳米 复合水凝胶相比，NCC是可生物降解的和生物相容的。这使得基于NCC的水凝胶对于医疗相关的应用来说更有前景，因为生物降解性和生物相容性是关键的。NCC纳米复合水凝胶的制备涉及两步法。第一步是NCC改性以使其成为合适的交联剂，第二步是亲水性こ烯基单体与改性的NCC的原位聚合以制备纳米复合水凝胶。本专利技术的水凝胶具有优异的机械强度，同时保持它们的原始性质，如刺激响应性和快速扩散，因此可以在本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：S·苏，W·Y·哈马德，
申请(专利权)人：FP创新研究中心，
类型：
国别省市：
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