[發明專利]天然高分子模板引導聚合制備自修復水凝膠的方法

在審

• 申請號: 201810233406.2
• 申請日: 2018-03-20
• 公開（公告）號: CN108341913A
• 公開（公告）日: 2018-07-31
• 發明（設計）人: 付國東;劉順利;姚芳
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: C08F251/00
• 分類號: C08F251/00;C08F251/02;C08F220/06
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開了一種天然高分子模板引導聚合制備自修復水凝膠的方法，以含有醛基基團的直鏈天然高分子為模板，在堿性條件下通過希夫堿的作用使含有氨基基團的單體分子固定在天然高分子模板上，然后通過自由基聚合制備出具有高回彈性和自修復性能的高分子水凝膠。本發明方法中天然直鏈大分子模板的存在能有效引導單體的聚合，提高了動態的化學交聯位點，從而提升了水凝膠的機械強度和自修復能力。本發明所制備的水凝膠在人造組織、生物醫學相關領域有著廣闊的應用前景。

技術領域

本發明屬于自修復高分子水凝膠領域，涉及一種天然高分子-聚丙烯酰胺復合水凝膠制備方法。

背景技術

近年來，仿生自修復材料引起了人們的廣泛關注，尤其是自修復高分子水凝膠的設計和應用。高分子自修復水凝膠作為一種高含水量的軟材料，除受損后自修復外能同時具有多種優異的性質，如生物相容性、吸附性、抗生物淤積行為以及生物降解性。基于這些性能，高分子自修復水凝膠已初步應用于組織工程、藥物載體和生物傳感器等領域。然而，大多數自修復水凝膠存在許多缺陷，比如機械強度低、韌性差、可恢復性和自修復能力差等。科學家在高強度自修復水凝膠方面做了許多工作，包括雙網絡水凝膠、納米復合水凝膠、疏水作用水凝膠、雙極子或氫鍵增強自修復水凝膠等。

天然直鏈高分子主要包括海藻酸鈉、羧甲基纖維素、羥乙基纖維素、黃原膠、透明質酸和殼聚糖等，這些天然高分子廣泛存在并具有價廉、無毒、可降解等優異性能，已廣泛應用于食品、醫藥、化妝品等領域。另外，大多數天然高分子具有生物相容性，常用于生物組織材料的制備。將天然高分子用于自修復水凝膠的制備進一步擴展了其應用范圍。

自然界中，生物體以其獨特的生長方式創造出質輕、強度高、韌性強的天然物質，包括肌肉組織、膠原組織、軟骨組織和皮膚組織。這些生物組織具有刺激響應和受損后自愈合的功能。這些優異的性能都離不開DNA的控制，正是由于DNA分子有序擴增并引導蛋白質的合成、組裝，最終形成結構規整的生物組織。

發明內容

技術問題：本發明的目的是針對現有技術的不足，提供一種制備簡單且具有優異性能的天然高分子模板引導聚合制備自修復水凝膠的方法。

技術方案：本發明利用醛基功能化高分子和希夫堿作用，在聚合之前使丙烯酰胺單體固定在高分子鏈上，然后通過引發劑引發聚合制備具有優異性能和自修復性能的高分子水凝膠。

本發明的天然高分子模板引導聚合制備自修復水凝膠的方法，包括如下步驟：

1)醛基功能化天然高分子的制備：將水溶性天然高分子溶于去離子水中，常溫下機械攪拌10-60分鐘，得到天然高分子溶液；將用量為天然高分子質量20％-200％的高碘酸鈉溶于去離子水中，然后逐滴加入天然高分子溶液中；反應2-12小時后加入乙二醇終止反應，乙二醇用量為天然高分子質量的10％-100％；然后將反應得到的溶液在乙醇中沉淀、抽濾并真空干燥6-24小時，得到醛基功能化天然高分子；

2)自修復天然高分子-聚丙烯酰胺水凝膠的制備：將醛基功能化天然高分子加入到去離子水中，攪拌10-100分鐘直至獲得透明溶液，然后將丙烯酰胺單體分子加入到所述透明溶液中并攪拌均勻；再加入堿溶液調節pH值至堿性，繼續攪拌5-30分鐘；最后依次加入引發劑和催化劑；在室溫下進行自由基聚合1-24小時，得到天然高分子-聚丙烯酰胺凝膠，即為自修復水凝膠

進一步的，本發明方法中，所述步驟1)中的水溶性天然高分子為海藻酸鈉、羧甲基纖維素、羥乙基纖維素、黃原膠和透明質酸等。

進一步的，本發明方法中，所述步驟1)中水溶性天然高分子溶液的質量百分比濃度為1％-5％，乙醇用量為反應得到的溶液體積的2-10倍。

進一步的，本發明方法中，所述步驟2)中原料組分組成以質量份數計，為：醛基功能化天然高分子1-10份，丙烯酰胺單體5-20份，去離子水30-70份。