[發明專利]一種均勻多孔性水凝膠的制備方法及應用

在審

• 申請號: 201710470669.0
• 申請日: 2017-06-20
• 公開（公告）號: CN107163263A
• 公開（公告）日: 2017-09-15
• 發明（設計）人: 李政;華嘉川;何貴東;吳茂琪;張健飛;鞏繼賢;喬長晟
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: C08J3/075
• 分類號: C08J3/075;C08J3/24;C08L77/04;C08K5/3415;C08K5/29
• 代理公司: 北京瑞盛銘杰知識產權代理事務所(普通合伙)11617
• 代理人: 鄭海松

技術領域

本發明涉及智能高分子材料、生物醫用和環境保護領域，具體涉及一種均勻多孔性水凝膠的制備方法及應用。

背景技術

水凝膠是一種具有高親水性但不溶于水的高分子聚合物。在液體中吸收液體達到溶脹平衡后，水凝膠的體積會發生脹大，但其宏觀外形仍然保持原有形狀，其內部仍然維持著三維空間網絡結構。水凝膠是一類集吸水、保水及緩釋于一體的功能高分子材料，因其獨特的特性，水凝膠被廣泛應用于工業、農業、材料、生物醫藥等領域中。

傳統水凝膠的孔洞僅為微米甚至納米尺度大小，在溶脹介質中達到溶脹平衡通常需要數十小時甚至數天時間。但是，在水凝膠中引入多孔結構后，可以制備得到多孔性水凝膠。在多孔水凝膠中，含有大量微米至毫米尺度的貫通孔洞，溶脹介質可以通過毛細效應更加快速地在水凝膠表面及內部發生擴散及滲透。并且，大量孔洞結構增大了水凝膠的比表面面積因此，相比傳統水凝膠，多孔水凝膠可以達到很快的溶脹速度與刺激響應速度

多孔水凝膠的常用制備方法有發泡法、致孔法、相分離法、模板法等。在這些方法中，發泡法利用某些物質與酸反應或高溫下產生氣體的特性，在水凝膠內產生氣泡，但步驟繁瑣且難以大規模生產。致孔法利用可溶于溶劑的致孔劑對水凝膠摻雜后再對致孔劑進行去除，此法需要較長制備時間，且水凝膠內部的致孔劑難以徹底去除。相分離法利用某些聚合物在聚合溶劑中的不相容性，在聚合物相與溶劑相分離后進行干燥，溶劑揮發留下氣泡，此方法溶劑不易徹底去除且具有一定毒害性。模板法使用特制模板制備出多孔水凝膠材料，此方法適用于大量生產但模板制作較繁瑣。Chen等人利用小蘇打與酸反應生成二氧化碳氣泡制備得到多孔水凝膠，其孔洞為300μm左右(J.Biomed.MATERIAL.Res.,1999,44:53)。中國專利CN102702559A利用酵母菌發酵產生氣泡而制備出多孔水凝膠，其特征在于未加入任何有害添加劑，利用微生物活動產生的二氧化碳氣泡制備多孔水凝膠，可用于生物醫藥等領域。中國專利CN1757662A公開了一種由不飽和烯烴或線性多糖分子與交聯劑反應制備多孔水凝膠的方法，可用于蛋白質多肽口服給藥系統。由上可知，多孔水凝膠正不斷應用于生物醫藥領域中，其制備方法也不斷得到改良。

聚氨基酸材料中的γ-聚谷氨酸和ε-聚賴氨酸均為可通過微生物發酵法制備的氨基酸均聚物，二者均有優良的體內降解性與生物相容性，相較傳統凝膠材料優勢明顯。γ-聚谷氨酸分子鏈中含有大量羧基，可作為聚陰離子，ε-聚賴氨酸分子中含有大量氨基，可作為聚陽離子。二者交聯形成的聚電解質水凝膠中含有大量羧基與氨基，這使得水凝膠不僅具有γ-聚谷氨酸水凝膠的高吸附特性，還具有ε-聚賴氨酸的廣譜抗菌特性，而且這種帶有相反電性基團的水凝膠常常具有pH敏感性。但是，聚氨基酸類水凝膠應用時其達到平衡時的溶脹時間及刺激響應時間太長。本發明使用交聯體系本身的副反應生成均勻且密集的氣泡制備多孔性γ-聚谷氨酸/ε-聚賴氨酸水凝膠，使其響應速率提高。

專利申請CN102321256A公布了《生物相容性γ-聚谷氨酸水凝膠制備方法》，以γ-聚谷氨酸為原料，采用殼寡糖為交聯劑，在水溶液中進行制備反應，利用碳化二胺和N-羥基琥珀酰亞胺活化聚谷氨酸上的羧基使其同殼寡糖的游離氨基形成酰胺鍵，進而形成三維網狀結構的水凝膠體系；具體制備方法包括：將聚谷氨酸及殼寡糖溶解于蒸餾水中形成均一水溶液，之后，加入碳化二胺和N-羥基琥珀酰亞胺；其中，聚谷氨酸濃度為4.76％-6.25％，以聚谷氨酸為投料比例基準，聚谷氨酸∶殼寡糖∶碳化二胺∶N-羥基琥珀酰亞胺的投料摩爾比例范圍為1∶0.25-0.5∶0.25-4∶0.25-4；4℃冰浴10～15min，之后室溫反應2～4h形成水凝膠；其中，碳化二胺優選1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺。

專利申請CN103656729A公布了《一種基于γ-聚谷氨酸與ε-聚賴氨酸交聯聚合物的水凝膠及其制備方法》，所述制備方法包括如下步驟：(1)將含ε-聚賴氨酸的2-(N-嗎啡啉)乙磺酸緩沖液滴加至含γ-聚谷氨酸的2-(N-嗎啡啉)乙磺酸緩沖液中，攪拌混合均勻；(2)將交聯劑加入到步驟(1)得到的反應體系中，冰浴反應10～120min，再室溫反應2～24h形成水凝膠；(3)將步驟(2)形成的水凝膠放在透析袋中，置于去離子水中透析至溶脹平衡，之后采用冷凍干燥或者真空干燥，得到海綿狀敷料；步驟(2)中，所述交聯劑為1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺和N-羥基琥珀酰亞胺的組合，或者為1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺和N-羥基硫代琥珀酰亞胺的組合，或者為1-環己基-2-嗎啉乙基碳二亞胺對甲苯磺酸鹽，或者為伍德沃德氏試劑K。