[發明專利]納米纖維網絡自增強細菌纖維素水凝膠及其制備方法

有效

• 申請號: 201910257423.4
• 申請日: 2019-04-01
• 公開（公告）號: CN110483840B
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 王華平;張茗皓;陳仕艷;盛楠;吳擢彤;王寶秀;姚晶晶;張冬;梁欠倩
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: C08L1/02
• 分類號: C08L1/02;C08J3/075;C08J3/24
• 代理公司: 上海統攝知識產權代理事務所(普通合伙) 31303
• 代理人: 辛自豪

本發明涉及一種納米纖維網絡自增強細菌纖維素水凝膠及其制備方法，該水凝膠主要由具有Ⅰ型纖維素結晶的細菌纖維素、Ⅱ型纖維素結晶、纖維素無規分子鏈和水組成；具有Ⅰ型纖維素結晶的細菌纖維素以納米纖維網絡a形式存在；Ⅱ型纖維素結晶及纖維素無規分子鏈以網絡b形式存在；網絡a和b通過化學鍵和氫鍵的作用相互交織在一起。本發明中制備該水凝膠的方法是：將細菌纖維素納米纖維漿粕加入到溶劑中至部分溶解形成懸浮液后，向其中加入交聯劑進行化學交聯，再去除多余的交聯劑和所述溶劑中除水以外的組分。本發明制備方法簡單易行，所得水凝膠能夠克服傳統水凝膠的弱點，兼具高含水量、高強、高模和不溶脹特性。

技術領域

本發明屬納米復合水凝膠的制備技術領域，涉及一種納米纖維網絡自增強水凝膠及其制備方法。

背景技術

源于自然的生物基納米材料的研發對實現經濟社會快速發展及可持續發展具有非常重要的意義。由 于人類對能源需求的增長和現有能源資源日趨減少是一個不可回避的矛盾，因此利用豐富天然資源，開 發環境友好和可循環利用的生物基材料，是國際新材料產業發展的重要方向。

水凝膠是一種廣泛用于生物醫用領域親水性固體材料，它具有三維交聯聚合物網絡結構，又能夠吸 收大量的水，它們具有高親水性，高孔隙率，低摩擦系數和高含水量的特性，這有助于它們的生物相容 性，所以水凝膠常應用于如化妝品、藥物輸送、人工角膜和組織工程等方面。多糖作為一類生物基材料 在自然界中分布廣泛，且大多數多糖都可以形成水凝膠，它們具有的優勢包括良好的生物相容性、生物 降解性和無毒性，但是多糖水凝膠通常缺乏強度并且在水中會溶脹，因而不利于其在水環境下(如人體 內組織中)進行應用。

納米復合水凝膠彌補了傳統多糖水凝膠力學性能差的缺點，其增強機制與天然動物和植物組織相 似，但是通常復合材料中增強體和基體之間的界面問題往往會嚴重影響材料的性能，Nishino等人 (Nishino T,Matsuda I,Hirao K.All-CelluloseComposite.Macromolecules,2004,37(20):7683-7687.)提出了 全纖維素復合材料，相同的組分可以克服復合材料中增強體—基體粘合的關鍵問題，可以提供強烈的界 面相互作用，并允許良好的應力傳遞，但他們采用的是棉纖維制備全纖維素復合材料，不具備納米材料 的優勢；Gindl W等人(Gindl W,T,Keckes J.Structure and properties of apulp fibre-reinforced composite with regenerated cellulose matrix.AppliedPhysics A,2006,83(1):19-22.)采用微晶纖維素作為納 米增強填料制備全纖維素復合材料，但受原料和制備方法的限制，得到的全纖維素復合材料往往是不利 于生物醫用的低含水量材料。

細菌纖維素是一種新型生物基納米材料，同時也可以看作是一種天然水凝膠，它具有許多優良而獨 特的特性，如高純度，高結晶度，三維納米纖維網絡結構和良好的機械強度，這些優勢使其特別適用于 生物醫學應用，包括用作人造皮膚，人造血管，角膜，心臟瓣膜假體和組織工程支架。近年來，細菌纖 維素在醫療衛生、食品科學、生物工程、功能材料領域均取得了一系列研究成果，具有良好的應用前景。 細菌纖維素本身可以看作一種水凝膠，但是細菌纖維素通常由木醋桿菌分泌而得，其形狀和性質均難以 根據需要進行定制；另外一些水凝膠是利用細菌纖維素為原料通過原位改性或者復合制備而得，但其一 般都不破壞細菌纖維素原本的納米纖維網絡結構，效果僅作用于表面，難以對細菌纖維素內部的結構和 性質進行改善。細菌纖維素納米纖維具有高長徑比(100)和高結晶度(70％)，這使得納米纖維具有 優異的機械性能，如將其作為納米復合水凝膠的天然增強材料，將有望制得力學性能優良且可用于生物 醫用的納米復合水凝膠。

因此，通過合理地選擇原料和制備方法制備具有良好界面相互作用且兼具高含水量和優良力學性能 并可用于生物醫用領域的纖維素納米復合水凝膠極具現實意義。

發明內容