CN105646913A - 一种具有快速吸液和止血性能的藻酸盐复合水凝胶及制备方法 - Google Patents

一种具有快速吸液和止血性能的藻酸盐复合水凝胶及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有快速吸液和止血性能的藻酸盐复合水凝胶及制备方法。本发明通过将海藻酸钠溶于水配制成海藻酸钠溶液，往其中加入丙烯酸或丙烯酸衍生物，搅拌均匀；接着加入引发剂、催化剂和交联剂，搅拌均匀，得到混合液I；将混合液I置于微波发生器中进行微波反应，冷却至室温后取出，加入乙醇脱水，得到溶液I；将溶液I升温至65～75℃，往溶液I中滴加CaCl2溶液；滴加完毕，升温至75～85℃保温1～3h；将得到的产物取出，放入氯化钠-氢氧化钠水溶液中搅拌浸泡，用清水冲洗后用滤纸吸干，得到具有快速吸液和止血性能的藻酸盐复合水凝胶。该水凝胶吸水后不散开，具有很好的吸液性能、力学性能以及优异的止血性能。

Description

一种具有快速吸液和止血性能的藻酸盐复合水凝胶及制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料制备领域，特别涉及一种具有快速吸液和止血性能的藻酸盐复合水凝胶及制备方法。
背景技术
水凝胶是一种能够在水溶液中吸水溶胀且具有网络结构的交联聚合物。利用水凝胶的吸收性，解决了许多生物、医药、工业、农业和材料等领域的疑难问题。许多天然高分子如藻酸盐、壳聚糖、明胶、丝心蛋白等具有良好的生物相容性及对人体的低毒性。基于这些特点，天然水凝胶的研究正倍受关注。人工合成聚合物水凝胶具有可控的交联过程、结构和机械性质，天然聚合物水凝胶则表现出特异的功能性。然而在单独使用时，它们各自的性能缺陷使其不能与人体环境良好的匹配。通过人工合成聚合物与天然聚合物的复合，可以制得具有良好功能性质和可控结构及机械性能的生物材料，从而改善其临床适用性。
海藻酸钠(SA)属多糖类物质，是由甘露糖醛酸(M)和古洛糖醛酸(G)1,4连结的嵌段共聚物，包括G和M各自形成的均聚物和GM形成的交替聚合物，是一种电荷密度较高的线形聚电解质。由于其具有低毒性、良好的止血性和生物相容性等特点，是一种具有优异性能的生物医用材料的原料。通过二价阳离子(如钙离子)交联能使海藻酸钠水溶液变成凝胶。该凝胶具有独特的pH敏感性和凝血效果，且能支持细胞的分化和生长，因此在生物医学领域获得广泛的应用。
聚丙烯酸类水凝胶中含有大量羧基亲水基，有利于用于渗液较多或其他需要大量快速吸收水分的应用。另一方面，这种优异的亲水性也增加了藻酸钙和渗液接触的机会，从而更大程度上发挥藻酸钙的止血作用。
目前单独采用海藻酸钠制备的水凝胶或其他复合水凝胶吸水后容易散开。且现有的海藻酸钠水凝胶都是在后期采用氯化钙溶液浸泡的方式，交联网络密度不高，力学性能不够好。
发明内容
本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种具有快速吸液和止血性能的藻酸盐复合水凝胶的制备方法。
本发明的另一目的在于提供通过上述制备方法得到的具有快速吸液和止血性能的藻酸盐复合水凝胶。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种具有快速吸液和止血性能的藻酸盐复合水凝胶的制备方法，包括如下步骤：
(1)将海藻酸钠溶于水配制成海藻酸钠溶液，往其中加入丙烯酸或丙烯酸衍生物，搅拌均匀；接着加入引发剂、催化剂和交联剂，搅拌均匀，得到混合液I；将混合液I置于微波发生器中进行微波反应，冷却至室温后取出，加入乙醇脱水，除去未反应的单体，得到溶液I；其中，海藻酸钠与丙烯酸或丙烯酸衍生物按质量体积比1：20～1：5配比；
(2)将溶液I升温至65～75℃；接着一边搅拌一边往溶液I中滴加CaCl2溶液；CaCl2的用量按CaCl2和海藻酸钠质量比0.2～0.9：1；
(3)滴加完毕，升温至75～85℃保温1～3h；
(4)将步骤(3)得到的产物取出，放入氯化钠-氢氧化钠水溶液中搅拌浸泡，用清水冲洗后用滤纸吸干，得到具有快速吸液和止血性能的藻酸盐复合水凝胶。
步骤(1)中所述的海藻酸钠溶液的浓度优选为质量体积比1.25～3.2％。
步骤(1)中所述的丙烯酸衍生物优选为N-异丙基丙烯酰胺。
步骤(1)中所述的引发剂优选为四甲基乙二胺和亚硫酸氢钠中的一种或两种。
步骤(1)中所述的引发剂的用量优选为按引发剂质量：丙烯酸体积＝0.8～2％计。
步骤(1)中所述的催化剂优选为过硫酸钾。
步骤(1)中所述的催化剂的用量优选为按催化剂质量：丙烯酸体积＝0.8～2％计。
步骤(1)中所述的交联剂优选为N,N-亚甲基双丙烯酰胺。
步骤(1)中所述的交联剂的用量优选为按交联剂质量：丙烯酸体积＝1.6～3％计。
步骤(1)中所述的微波反应的条件优选为于功率200～800W反应2～10min。
步骤(1)中所述的室温指的是10～35℃；优选为20～30℃。
步骤(1)中所述的乙醇的用量优选为相当于所述的混合液I的3/8～5/8体积。
步骤(1)中所述的乙醇为无水乙醇。
步骤(2)中所述的CaCl2溶液的浓度优选为质量体积比2～10％。
步骤(4)中所述的氯化钠-氢氧化钠水溶液中氯化钠的浓度为质量体积比0.5～3％，氢氧化钠的浓度为质量体积比0.5～2％。
步骤(4)中所述的浸泡的时间优选为5～10min。
一种具有快速吸液和止血性能的藻酸盐复合水凝胶，通过上述制备方法得到。
所述具有快速吸液和止血性能的藻酸盐复合水凝胶在医疗器械领域中的应用。
本发明权利要求与说明书中所有百分比均为质量体积百分比，为g：mL。
本发明提供的制备方法具有方法简单，形成双网络，力学性能优异，水凝胶吸水后不散开，制备的水凝胶具有很好的吸液性能和力学性能，同时具有优异的止血性能，具体优点如下：
(1)本发明提供的方法通过在丙烯酸类聚合的同时钙离子与海藻酸钠发生交联形成蛋盒结构网络，这两个网络同时形成即为互穿网络，提高了水凝胶的力学性能。
(2)本发明利用微波接枝的手段，大幅度提高海藻酸的接枝率，有利于网络结构的形成和增强水凝胶的锁水性和自粘性。
(3)本发明选用聚丙烯酸类水凝胶，含有大量羧基亲水基，有利于用于渗液较多或其他需要大量快速吸收水分的应用。另一方面，这种优异的亲水性也增加了藻酸钙和渗液接触的机会，从而更大程度上发挥藻酸钙的止血作用。
附图说明
图1是实施例1制备的水凝胶的扫描电镜图；其中，图(A)和(B)是在不同角度和放大倍数所拍摄到的图。
图2是对比例1常规接枝法制备的水凝胶的扫描电镜图。
图3是对比例2微波接枝法制备的水凝胶的扫描电镜图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
一、水凝胶的制备
(1)将1g海藻酸钠溶于80ml去离子水配制成海藻酸钠溶液，往其中加入20ml丙烯酸，搅拌均匀，接着加入0.4g过硫酸钾、0.4g四甲基乙二胺和0.5gN，N-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌均匀后放置于微波发生器中，设定功率为200W，反应10min，冷却至室温后取出，加入50ml乙醇脱水，得到溶液I(为半流体的凝胶)。
(2)将溶液I升温至75℃；接着一边搅拌一边往溶液I中滴加15ml浓度为质量体积比6％的CaCl2溶液；
(3)滴加完毕，升温至85℃保温1h。
(4)将步骤(3)得到的产物取出，放入氯化钠-氢氧化钠水溶液(其中，氯化钠的浓度为质量体积比0.5％，氢氧化钠的浓度为质量体积比0.5％)中搅拌浸泡5min，用清水冲洗后用滤纸吸干，得到水凝胶I。
二、水凝胶的性能检测
(1)按照GB/T1040-92《塑料拉伸试验方法》，将水凝胶I用UTM6503型万能拉力机测试其最大力、拉伸强度、断裂伸长率，样品为1cm×10cm长方形，每组试样平行测三次。测试结果为最大力2.75N、拉伸强度0.047MPa、断裂伸长率95.44％。
(2)溶胀度测试：称取一定量干燥凝胶(水凝胶于30℃干燥至恒重即得，以下实施例同)m1放入盛有蒸馏水的烧杯中，于30℃恒温静置一定时间t，取出用滤纸吸取表面水分后称重，质量记为m2，按下式计算水凝胶溶胀度SR，测试结果为溶胀度为198.04。
S R = m 2 - m 1 m 1
式中：SR为溶胀度；m2为溶胀平衡后凝胶的质量；m1为干态凝胶的质量。
实施例2
一、水凝胶的制备
(1)将3g海藻酸钠溶于95ml去离子水配制成海藻酸钠溶液，往其中加入5ml丙烯酸，搅拌均匀，接着加入0.04g过硫酸钾、0.04g四甲基乙二胺和0.08gN,N-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌均匀后放置于微波发生器中，设定功率为600W，反应6min，冷却至室温后取出，加入50ml乙醇脱水，得到溶液I。
(2)将溶液I升温至65℃；接着一边搅拌一边往溶液I中滴加10ml浓度为质量体积比10％的CaCl2溶液；
(3)滴加完毕，升温至75℃保温1h。
(4)将步骤(3)得到的产物取出，放入氯化钠-氢氧化钠水溶液(其中，氯化钠的浓度为质量体积比3％，氢氧化钠的浓度为质量体积比2％)中搅拌浸泡10min，用清水冲洗后用滤纸吸干，得到水凝胶II。
二、水凝胶的性能检测
(1)按照GB/T1040-92《塑料拉伸试验方法》，将水凝胶II用UTM6503型万能拉力机测试其最大力、拉伸强度、断裂伸长率，样品为1cm×10cm长方形，每组试样平行测三次。测试结果为最大力3.25N、拉伸强度0.053MPa、断裂伸长率76.38％。
(2)溶胀度测试：称取一定量干燥凝胶m1放入盛有蒸馏水的烧杯中，于30℃恒温静置一定时间t，取出用滤纸吸取表面水分后称重，质量记为m2，按下式计算水凝胶溶胀度SR，测试结果为溶胀度为198.04。
S R = m 2 - m 1 m 1
式中：SR为溶胀度；m2为溶胀平衡后凝胶的质量；m1为干态凝胶的质量。
实施例3
一、水凝胶的制备
(1)将2g海藻酸钠溶于90ml去离子水配制成海藻酸钠溶液，往其中加入10mlN-异丙基丙烯酰胺，搅拌均匀，接着加入0.2g过硫酸钾、0.2g亚硫酸氢钠和0.3gN,N-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌均匀后放置于微波发生器中，设定功率为800W，反应2min，冷却至室温后取出，加入50ml乙醇脱水，得到溶液I。
(2)将溶液I升温至72℃；接着一边搅拌一边往溶液I中滴加20ml浓度为质量体积比2％的CaCl2溶液；
(3)滴加完毕，升温至85℃保温3h。
(4)将步骤(3)得到的产物取出，放入氯化钠-氢氧化钠水溶液(其中，氯化钠的浓度为质量体积比3％，氢氧化钠的浓度为质量体积比2％)中搅拌浸泡10min，用清水冲洗后用滤纸吸干，得到水凝胶III。
二、水凝胶的性能检测
(1)按照GB/T1040-92《塑料拉伸试验方法》，将水凝胶III用UTM6503型万能拉力机测试其最大力、拉伸强度、断裂伸长率，样品为1cm×10cm长方形，每组试样平行测三次。测试结果为最大力2.32N、拉伸强度0.045MPa、断裂伸长率81.36％。
(2)溶胀度测试：称取一定量干燥凝胶m1放入盛有蒸馏水的烧杯中，于30℃恒温静置一定时间t，取出用滤纸吸取表面水分后称重，质量记为m2，按下式计算水凝胶溶胀度SR，测试结果为溶胀度为146.75。
S R = m 2 - m 1 m 1
式中：SR为溶胀度；m2为溶胀平衡后凝胶的质量；m1为干态凝胶的质量。
对比例1
将3g海藻酸钠溶于95ml去离子水配制成海藻酸钠溶液，往其中加入5ml丙烯酸，搅拌均匀，接着加入0.04g过硫酸钾、0.04g四甲基乙二胺和0.08gN,N-亚甲基双丙烯酰胺，将混合液升温至70℃，一边搅拌一边加入2％的CaCl2溶液，然后85℃保温3h。完毕后将产物取出，放入氯化钠-氢氧化钠水溶液(其中，氯化钠的浓度为质量体积比3％，氢氧化钠的浓度为质量体积比2％)中搅拌浸泡10min，用清水冲洗后用滤纸吸干，得到水凝胶样品。该水凝胶样品的测试结果为最大剥离力3.7N、拉伸强度0.015Mpa、断裂伸长率78％。
对比例2
将3g海藻酸钠溶于95ml去离子水配制成海藻酸钠溶液，往其中加入5ml丙烯酸，搅拌均匀，接着加入0.04g过硫酸钾、0.04g四甲基乙二胺、0.08gN,N-亚甲基双丙烯酰胺和2％的CaCl2溶液混合后于微波发生器中反应，设定功率为200W，反应10min，得到的产物和氯化钠-氢氧化钠水溶液(其中，氯化钠的浓度为质量体积比3％，氢氧化钠的浓度为质量体积比2％)中搅拌浸泡10min，用清水冲洗后用滤纸吸干，得到水凝胶样品。该水凝胶样品的测试结果为最大剥离力3.2N、拉伸强度0.045Mpa、断裂伸长率83％。
效果实施例
(1)使用扫描电镜对实施例1、对比例1和2制备得到的凝胶进行扫描，结果如图1～3和表1所示。
(2)接枝率的测定(检测方法参考“元素分析法测定高分子量PP接枝率.梁景程等.全国高分子学术论文报告会,2007”)：结果如表1所示。
表1
接枝率 材料微观构造
对比例1 30％～50％ 束状
对比例2 65％～90％ 束状
实施例1 90％以上 鸡蛋盒状
从图1～3和表1看出，本发明提供的制备方法大幅度提高海藻酸的接枝率，得到的水凝胶为蛋盒结构网络，从而提高了水凝胶的力学性能。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有快速吸液和止血性能的藻酸盐复合水凝胶的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)将海藻酸钠溶于水配制成海藻酸钠溶液，往其中加入丙烯酸或丙烯酸衍生物，搅拌均匀；接着加入引发剂、催化剂和交联剂，搅拌均匀，得到混合液I；将混合液I置于微波发生器中进行微波反应，冷却至室温后取出，加入乙醇脱水，得到溶液I；其中，海藻酸钠与丙烯酸或丙烯酸衍生物按质量体积比1：20～1：5配比；
(2)将溶液I升温至65～75℃；接着一边搅拌一边往溶液I中滴加CaCl2溶液；CaCl2的用量按CaCl2和海藻酸钠质量比0.2～0.9：1；
(3)滴加完毕，升温至75～85℃保温1～3h；
(4)将步骤(3)得到的产物取出，放入氯化钠-氢氧化钠水溶液中搅拌浸泡，用清水冲洗后用滤纸吸干，得到具有快速吸液和止血性能的藻酸盐复合水凝胶。
2.根据权利要求1所述具有快速吸液和止血性能的藻酸盐复合水凝胶的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的丙烯酸衍生物为N-异丙基丙烯酰胺；
步骤(1)中所述的引发剂为四甲基乙二胺和亚硫酸氢钠中的一种或两种；
步骤(1)中所述的交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺；
步骤(1)中所述的催化剂为过硫酸钾。
3.根据权利要求1所述具有快速吸液和止血性能的藻酸盐复合水凝胶的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的引发剂的用量按引发剂质量：丙烯酸体积＝0.8～2％计；
步骤(1)中所述的催化剂的用量按催化剂质量：丙烯酸体积＝0.8～2％计；
步骤(1)中所述的交联剂的用量按交联剂质量：丙烯酸体积＝1.6～3％计。
4.根据权利要求1所述具有快速吸液和止血性能的藻酸盐复合水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的微波反应的条件为于功率200～800W反应2～10min。
5.根据权利要求1所述具有快速吸液和止血性能的藻酸盐复合水凝胶的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的海藻酸钠溶液的浓度为质量体积比1.25～3.2％；
步骤(2)中所述的CaCl2溶液的浓度为质量体积比2～10％。
6.根据权利要求1所述具有快速吸液和止血性能的藻酸盐复合水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的室温指的是10～35℃。
7.根据权利要求1所述具有快速吸液和止血性能的藻酸盐复合水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤(4)中所述的氯化钠-氢氧化钠水溶液中氯化钠的浓度为质量体积比0.5～3％，氢氧化钠的浓度为质量体积比0.5～2％。
8.根据权利要求1所述具有快速吸液和止血性能的藻酸盐复合水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤(4)中所述的浸泡的时间为5～10min。
9.一种具有快速吸液和止血性能的藻酸盐复合水凝胶，其特征在于：通过权利要求1～8任一项所述的制备方法得到。
10.权利要求9所述具有快速吸液和止血性能的藻酸盐复合水凝胶在医疗器械领域中的应用。
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