[發明專利]聚乙烯醇水凝膠及其制備方法

有效

• 申請號: 201710389381.0
• 申請日: 2017-05-27
• 公開（公告）號: CN107185051B
• 公開（公告）日: 2019-09-27
• 發明（設計）人: 張偉;黃金鑫;隋靜萍;吳承偉
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: A61L27/52
• 分類號: A61L27/52;A61L27/56;A61L27/26;C08J3/075;C08J9/26;C08J3/24;C08L29/04;C08L5/12
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 李曉亮;潘迅

聚乙烯醇水凝膠及其制備方法，屬于生物材料領域。該聚乙烯醇水凝膠以瓊脂糖AG為成孔劑，以聚乙烯醇為基質，經冷凍解凍后制備得到；以聚乙烯醇水凝膠質量為100份計，其中聚乙烯醇的質量分數為15‐20份，瓊脂糖的質量分數為2～6，其余為去離子水。制備方法為：將聚乙烯醇完全溶于去離子水后，加入瓊脂糖，混合均勻后，對混合液進行脫泡、冷凍?解凍?洗脫工藝后，制備得到兼具高強度和多孔結構的聚乙烯醇水凝膠到聚乙烯醇水凝膠。本發明制備方法簡單；制備得到的水凝膠成型簡單，結構穩定，其力學性能和孔隙結構能夠滿足天然關節軟骨材料的要求。

技術領域

本發明屬于生物材料領域，特別是人工關節軟骨替代材料領域，涉及兼具高強度和多孔結構的聚乙烯醇水凝膠及其制備方法。

背景技術

聚乙烯醇(PVA)水凝膠具有良好的生物相容性、潤滑性、類似人體軟骨的力學性能、高含水性(60％—80％)、足夠尺寸的孔隙結構(種植軟骨細胞)、耐磨性和抗疲勞性，是關節軟骨組織修復理想的替代材料。水凝膠內可含有軟骨細胞、生長因子、相關基因及藥物和生物基質，被種植至病變部位，誘導原位細胞增殖、分化并形成軟骨。

為了使替代材料更好的與軟骨組織相結合，水凝膠材料需具備適宜大小的孔洞。聚乙烯醇水凝膠可利用真空冷凍干燥法、表面活性劑模板法和成孔劑法等生成多孔結構。由冷凍干燥法制備的聚乙烯醇水凝膠的孔徑只有幾微米，而軟骨細胞的尺寸一般為15～20微米，尺寸較小不適宜種植軟骨細胞。使用表面活性劑法制備聚乙烯醇水凝膠可獲得較大尺寸的孔徑，且通過模板尺寸的改變可以調節水凝膠的形態和孔徑，但是表面活性劑易殘留，影響聚乙烯醇水凝膠的生物活性。成孔劑法是通過在聚合物中加入成孔劑制備成水凝膠，再將水凝膠用特定的溶劑浸泡、沖洗，將成孔劑去除，留下孔洞，已報道的成孔劑包括聚乙二醇(PEG)、氯化鈉、硅膠微粒和蔗糖等，成孔劑溶于水或酸性溶液而不溶于有機溶劑。這種方法的缺點在于去除成孔劑耗費時間，且水凝膠中易殘留未被洗去的成孔劑。

聚乙烯醇水凝膠可以用水做成孔劑，無需擔心殘留問題，但只有低濃度的聚乙烯醇水溶液經過冷凍解凍法制備的聚乙烯醇水凝膠有孔結構，且孔徑小(一般只有幾微米)，高濃度的聚乙烯醇水溶液中的水在冷凍過程中傾向于生成超冷水，制成的聚乙烯醇水凝膠中無孔洞生成，難以獲得兼具高強度和孔結構的聚乙烯醇水凝膠。

因此，耗費時間短且工藝簡單、工藝質量易控地制備高強度、多孔結構并具有良好的生物相容性的聚乙烯醇水凝膠作為關節軟骨替代材料成為本領域研究方向。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供一種聚乙烯醇水凝膠及其制備方法。

本發明的技術方案為：

一種聚乙烯醇水凝膠，該聚乙烯醇水凝膠以瓊脂糖AG為成孔劑，以聚乙烯醇為基質，經冷凍解凍后制備得到；所述的聚乙烯醇水凝膠為多孔結構，具有高強度；以聚乙烯醇水凝膠質量為100份計，其中聚乙烯醇的質量分數為15～20份，瓊脂糖的質量分數為2～6，其余為去離子水。溶脹平衡的聚乙烯醇水凝膠呈白色，不透明，觸感類似于橡膠，彈性大，強度高，多微孔，具有很好的生物相容性。所述的聚乙烯醇水凝膠的孔徑范圍為25～150μm，強度為0.4～19.8MPa。

上述聚乙烯醇水凝膠的制備方法，包括以下步驟：

第一步，將聚乙烯醇加入去離子水中，90～99℃恒溫條件下，攪拌至聚乙烯醇完全融化形成聚乙烯醇水溶液；再將瓊脂糖AG加入聚乙烯醇水溶液中，90～99℃恒溫條件下攪拌至瓊脂糖完全溶解，并與聚乙烯醇水溶液均勻混合，形成混合溶液。所述的混合溶液中聚乙烯醇質量份數為15～20wt％，瓊脂糖質量份數為2～6wt％，其余為去離子水。