[發(fā)明專利]一種抗疲勞的全水凝膠復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010986229.2
• 申請日: 2020-09-18
• 公開（公告）號: CN112111073B
• 公開（公告）日: 2023-09-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊航;夏崟;唐敬達(dá)
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州凝智新材料發(fā)展有限公司
• 主分類號: C08J3/075
• 分類號: C08J3/075;C08F220/56;C08F220/06;C08F222/38;C08F290/06;C08F299/02;B33Y70/00;C08L33/26;C08L51/08;C08L55/00;C08K3/16;A61L27/52;A61L27/50;A61L
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

本發(fā)明涉及一種抗疲勞的全水凝膠復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用，所述抗疲勞的全水凝膠復(fù)合材料包括水凝膠骨架和填充并粘接于所述水凝膠骨架中的水凝膠基體；所述水凝膠骨架的模量是所述水凝膠基體模量的10倍以上。該全水凝膠復(fù)合材料由具有較大模量對比度的水凝膠骨架和水凝膠基體組成，并且它們的聚合物網(wǎng)絡(luò)在拓?fù)渖侠p結(jié)，該復(fù)合材料能有效限制裂紋的擴(kuò)展，相對于骨架材料和基體材料而言，其具有適中的模量，但其斷裂性能超過4000J/msupgt;2/supgt;，得到大幅提升；且該復(fù)合材料的疲勞門檻值超過400J/msupgt;2/supgt;，這對于需要承受循環(huán)載荷的應(yīng)用場景具有重要意義。該復(fù)合材料兼具機(jī)械瓣膜的抗疲勞性和組織瓣膜的生物相容性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生物組織材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種全水凝膠復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用，尤其涉及一種具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)、良好抗疲勞性和可設(shè)計(jì)性的全水凝膠復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

血管瓣膜的正常生理功能是在血液循環(huán)過程中，進(jìn)行定期打開和關(guān)閉，使血液單向流動(dòng)。瓣膜結(jié)構(gòu)承受循環(huán)載荷，具有良好的抗疲勞性能。水凝膠和生物組織具有良好的相似性，生物組織通常由大量的水(30-80wt％)與聚合物網(wǎng)絡(luò)組成。水提供了液體環(huán)境，使得其它物質(zhì)能在其中進(jìn)行交換和反應(yīng)。聚合物網(wǎng)絡(luò)維持固體形態(tài)，產(chǎn)生諸如模量，韌性和抗疲勞性等特性。生物組織通常具有復(fù)雜的形狀和復(fù)合異質(zhì)結(jié)構(gòu)。例如，心臟瓣膜由細(xì)胞外基質(zhì)和多層膠原纖維束組成，而兩者均可視為天然水凝膠。心臟瓣膜的復(fù)雜形式使其具有極好的機(jī)械性能，如人的心臟在一生中運(yùn)動(dòng)約30億次。

心臟瓣膜疾病往往需要進(jìn)行瓣膜替換。當(dāng)前，臨床上可用的替換瓣膜僅限于經(jīng)過輕微修飾的機(jī)械瓣膜和生物瓣膜。盡管機(jī)械瓣膜和生物瓣膜已經(jīng)使用了半個(gè)多世紀(jì)，并且在其性能方面已經(jīng)取得了一些進(jìn)步，但其臨床結(jié)果并未取得重大變化，這表明有必要進(jìn)一步改進(jìn)瓣膜替代物。理想情況下，人造聚合物心臟瓣膜應(yīng)兼具機(jī)械瓣膜的抗疲勞性和組織瓣膜的生物相容性。

長期以來，人們一直致力于開發(fā)能模仿甚至替代生物組織結(jié)構(gòu)和功能的水凝膠，主要的挑戰(zhàn)在于模擬形狀復(fù)雜且承受循環(huán)載荷組織，例如心臟瓣膜，肌肉和聲帶。耐疲勞的軟材料通常通過具有模量差和粘接效果的復(fù)合結(jié)構(gòu)獲得。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種全水凝膠復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用，尤其提供一種具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)、良好抗疲勞性和可設(shè)計(jì)性的全水凝膠復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。

為達(dá)到此發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

第一方面，本發(fā)明提供一種抗疲勞的全水凝膠復(fù)合材料，所述抗疲勞的全水凝膠復(fù)合材料包括水凝膠骨架和填充并粘接于所述水凝膠骨架中的水凝膠基體；所述水凝膠骨架的模量是所述水凝膠基體模量的10倍以上。

本發(fā)明創(chuàng)造性地開發(fā)了一種新的全水凝膠復(fù)合材料，其由具有較大模量對比度的水凝膠骨架和水凝膠基體組成，并且它們的聚合物網(wǎng)絡(luò)在拓?fù)渖侠p結(jié)，該復(fù)合材料能有效限制裂紋的擴(kuò)展，具有遠(yuǎn)高于基體材料和骨架材料的斷裂韌性，使其兼具機(jī)械瓣膜的抗疲勞性和組織瓣膜的生物相容性。

優(yōu)選地，所述水凝膠骨架的模量為0.2-2MPa，例如0.2MPa、0.5MPa、0.8MPa、1MPa、1.2MPa、1.4MPa、1.5MPa、1.8MPa或2MPa等，上述數(shù)值范圍內(nèi)的其他具體點(diǎn)值均可選擇，在此便不再一一贅述。

優(yōu)選地，所述水凝膠基體的模量為20-200kPa，例如20kPa、50kPa、80kPa、100kPa、120kPa、150kPa、180kPa或200kPa等，上述數(shù)值范圍內(nèi)的其他具體點(diǎn)值均可選擇，在此便不再一一贅述。

所述水凝膠骨架或水凝膠基體的模量進(jìn)一步地需要滿足上述數(shù)值范圍，若水凝膠骨架的模量值過大則導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)無法產(chǎn)生與正常生物組織相似的形變；若模量值小于上述范圍則不能產(chǎn)生抗疲勞效果；若水凝膠基體的模量值超過上述范圍則要求骨架結(jié)構(gòu)模量更高、導(dǎo)致整體材料模量過高。小于上述范圍則無法承受外界載荷。