[發明專利]一種絲膠基半互穿溫敏納米復合水凝膠及其制備方法

有效

• 申請號: 201110081715.0
• 申請日: 2011-04-01
• 公開（公告）號: CN102206351A
• 公開（公告）日: 2011-10-05
• 發明（設計）人: 張青松;李學偉;陳莉;郭冠群;趙義平
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: C08J3/075
• 分類號: C08J3/075;C08L33/24;C08L89/00;C08K3/34;C08F120/54;C08F2/44
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技術領域

本發明涉及生物材料和智能高分子材料領域，具體涉及一種絲膠基半互穿溫敏納米復合水凝膠及其制備方法，可應用于生物醫學、組織工程和藥物釋放等技術領域。

背景技術

蠶絲由絲素和絲膠組成，絲膠包裹于絲素外圍約占繭層質量的25％，其主要是對絲素起到膠粘和保護作用，此外也含少量蠟質、色素、碳水化合物和無機成分。絲膠(SS)是一種球狀蛋白，相對分子質量為1.4～31.4萬，由18種氨基酸組成。極性側鏈氨基酸在絲膠的氨基酸組成中占74.61％，因此絲膠具有良好的吸水性、水溶性、抗氧化、促進細胞增殖和生物降解性，是制造生物醫學材料的理想原料。

將絲膠水溶液澆鑄在有機玻璃板上，室溫下干燥制備成的膜會龜裂，實用價值不大。因此通常與其它物質混合制成混合膜，膜的理化性質有所改善。絲膠的肽鏈中含有較多的氨基、羧基和羥基等官能團，可以引入其它基團來改性絲膠，以開發出以絲膠為主體的新型材料。

將絲膠和凝膠結合，可改善絲膠的龜裂性，同時賦予凝膠良好的生物相容性。凝膠是介于固體與液體之間的一種不溶解只溶脹的高分子三維網絡。目前，絲素和凝膠結合的文獻報道較多，劉羿君等(功能高分子學報，2009，22(1)：55)以絲素蛋白纖維為填充材料，采用自由基聚合的方法制備了復合聚(N-異丙基丙烯酰胺)(PNIPAAm)水凝膠，發現絲素蛋白纖維的加入改善了復合水凝膠的力學性能。此外，處在表面的絲素蛋白纖維與水凝膠之間存在間隙，在反復溶脹-收縮過程中可以作為輸水通道，有利于水分子進出，提高了PNIPAAm水凝膠對溫度的響應速率并使其溶脹-收縮重復性更好。中國專利CN?101502670A公開了一種絲素蛋白水凝膠的制備方法，將家蠶絲經脫膠、溶解、透析處理后得到的質量濃度為1-30％的絲素蛋白溶液，在0-60℃的溫度條件下進行超聲波振蕩處理，超聲波功率為10-2000瓦特，處理時間為30-600秒，再靜置0-6小時，得到絲素蛋白水凝膠。采用超聲波振蕩處理的方法，不需要添加任何化學交聯劑，能在短時間內將絲素蛋白溶液形成為水凝膠，可用于人工皮膚、人工軟骨、細胞培養支架、生物反應器、酶固定化材料等生物醫用方面。

就絲膠而言，吳雯等(高分子材料科學與工程，26(9)：92)采用同步-互穿方法制備了絲膠蛋白(SS)/聚(N-異丙基丙烯酰胺)(PNIPAAm)水凝膠，發現SS和PNIPAAm之間存在微相分離和蜂窩狀結構。然而，該凝膠采用了化學交聯劑N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺(MBA)和有一定毒性的戊二醛(GA)，此類凝膠存在機械性能差、響應速率慢、透明性低、易碎和生物相容性差等缺點，不利于在組織工程等領域的應用。Haraguchi等從聚合物網絡設計的角度出發，提出新的構思，即通過原位自由基聚合的方法，利用無機納米粘土鋰皂石(Hectorite)作為多功能交聯劑制備了高力學性能和快速響應性能的PNIPAAm/Hectorite納米復合水凝膠。其中，剝離的Hectorite片層以氫鍵、離子鍵或配位鍵與高分子鏈形成物理交聯，高分子鏈的一端或兩端被固定在粘土片層上。中國專利CN?101319019A和CN1931901A公開了一種以市售物理交聯劑鋰蒙土Laponite為交聯劑，乙烯基吡咯烷酮或異丙基丙烯酰胺等為功能單體，制備得到具有良好透明性、吸水溶脹性和力學性能的溫敏納米復合水凝膠。

從上述專利或文獻來看，目前尚無將絲膠蛋白、無機納米材料、水凝膠材料相結合的報道。本發明綜合考慮了絲膠蛋白的生物相容性、無機納米材料的物理交聯作用和水凝膠的智能性，采用半互穿網絡技術，將絲膠大分子鏈引入納米復合水凝膠網絡中，制備得到絲膠基半互穿納米復合水凝膠，提高傳統納米復合水凝膠的透明度、溶脹度、細胞相容性和溫度響應性能等。

發明內容

本發明的發明目的在于設計一種絲膠基半互穿溫敏納米復合水凝膠，使該凝膠具有高透明度、高溶脹度、快速溫度響應性和優良細胞相容性，尤其是克服目前納米復合水凝膠存在的生物相容性不足的問題。

為實現上述目的，本發明提供了一種絲膠基半互穿溫敏納米復合水凝膠的制備方法，包括下述步驟：

1)無機納米皂石粒子的分散：20～25℃下，將無機納米皂石粒子加入去離子水中，配制成質量百分比濃度為1-4％的水溶液，攪拌10～30min，直至完全分散形成透明溶液；

2)反應預聚液的配制：氮氣保護下，將絲膠和烷基丙烯酰胺類單體依次加入上述透明溶液中，絲膠和烷基丙烯酰胺類單體在水溶液中的質量百分比濃度分別為1～3％和9～7％，20～25℃下攪拌20～40min，形成略呈淡黃色的反應預聚液；