CN106565902A - 一种蜗牛仿生粘性水凝胶及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种蜗牛仿生粘性水凝胶及其制备方法，属于高分子水凝胶技术领域。本发明从蜗牛可以依靠粘液在不同表面爬行中得到启发，以粘液中主要成分之一尿囊素为原料，先经过丙烯酰氯改性，然后用乙醚进行沉淀析出改性尿囊素单体，布氏漏斗抽滤后转移至真空烘箱中烘干，然后将改性尿囊素单体与亲水性单体丙烯酰胺和引发剂过硫酸钾加入去离子水中，水浴条件下搅拌至完全溶解，然后将配制好的溶液直接置于模具中，最后将模具放在烘箱中进行加热反应，使改性尿囊素单体与亲水性单体进行自由基共聚形成高分子聚合物水凝胶。尿囊素具有良好的生物相容性，没有毒性，原料易得，成本较低。制备得到的水凝胶具有粘性，可用于药物可控释放，以及药物敷料等领域。

Description

一种蜗牛仿生粘性水凝胶及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子水凝胶技术领域，具体涉及一种蜗牛仿生粘性水凝胶及其制备方法。
背景技术
水凝胶是以水为分散介质的凝胶，具有网状交联结构的水溶性高分子中引入一部分疏水集团和亲水残基，亲水残基和水分子结合，将水分子连接在网状内部，而疏水集团遇水膨胀形成交联聚合物。水凝胶是一种高分子网络体系，性质柔软，能够保持一定的形状，能吸收大量的水。此外，水凝胶具有良好的生物相容性，可用于生物医学领域以及药物传输体系中。
中国专利(CN 105111341 A)描述了一种具有粘性的高力学强度纳米粒子杂化水凝胶及其制备方法，该水凝胶的制备方法包括将无机纳米交联剂锂藻土和单体分散于水中，搅拌得到均匀透明的分散液；在反应混合液中加入聚乙烯醇并搅拌均匀，然后在反应混合液中加入环糊精搅拌均匀，最后加入引发剂，将反应液装入模具并密封，置于10-25℃环境中反应12-48小时。此水凝胶具有粘性。
中国专利(CN 101925348 A)描述了一种可生物降解的单相水凝胶，其特征在于包含x种聚合物的均质共混物，所述的x种聚合物可以相同可以不同，在它们通过单相水凝胶形式混合在互穿之前交联。其中所述的交联聚合物不溶于水并可彼此互溶，且x为2至5。此水凝胶具有生物可降解性，但未提及其粘性大小。
蜗牛属于腹足类动物，蜗牛足腺能分泌出粘液，蜗牛粘液可以帮助蜗牛在不同粗糙表面爬行，蜗牛粘液的主要成分有胶原蛋白、弹力蛋白、尿囊素、葡萄糖醛酸。
发明内容
本发明的目的是提供了一种蜗牛仿生粘性水凝胶及其制备方法。
本发明从蜗牛可以依靠粘液在不同表面爬行中得到启发，将蜗牛粘液中的主要成分之一尿囊素改性之后，改性单体与亲水性单体丙烯酰胺在自由基聚合下，制备得到具有蜗牛仿生粘性的水凝胶，得到的蜗牛仿生粘性水凝胶可以粘结到不同的表面上。
本发明所述的一种蜗牛仿生粘性水凝胶，是将直接购买得到的尿囊素改性接上双键，与亲水性单体丙烯酰胺自由基聚合形成水凝胶。聚合物通过尿囊素与界面可以形成氢键作用，从而获得了仿生粘性水凝胶；所述的界面有橡胶、铝等。
本发明所述的一种蜗牛仿生粘性水凝胶的制备方法，其步骤如下：
(1)尿囊素的改性
a.将尿囊素溶于二甲基甲酰胺(DMF)中，配制成摩尔浓度为0.15～0.30mol/L的尿囊素溶液，再向上述溶液中加入三乙胺，在冰浴条件下搅拌20～30min后加入丙烯酰氯，然后将体系抽成真空并通入氮气保护，再在冰浴条件下搅拌反应4～6h，得到改性尿囊素单体溶液；尿囊素、丙烯酰氯、三乙胺的用量摩尔比为1：1.1～1.3：1.2～1.4；
b.将步骤(a)得到溶液中的改性尿囊素单体用乙醚沉降析出，乙醚的体积用量与被沉降溶液的体积比为10～13：1，然后用布氏漏斗进行抽滤，得到改性尿囊素单体，将产物转移到真空烘箱中，在35～45℃下烘干2～4h；
(2)水凝胶的制备
将改性尿囊素单体、丙烯酰胺亲水性单体和过硫酸钾引发剂加入到去离子水中，在60～80℃水浴条件下搅拌至完全溶解，混合溶液中改性尿囊素单体的质量浓度为0.00596g～0.02984g/mL，改性尿囊素单体、丙烯酰胺亲水性单体和过硫酸钾引发剂的质量比为2.98～14.92：100：1，将配置好的溶液直接置于模具中(所述模具的材料为聚四氟乙烯，模具凹槽尺寸为10×20×8mm，使水凝胶在模具中成型，模具只是对水凝胶起到固定成型作用，对实验结果没有影响)，然后将模具置于65℃～75℃的烘箱中反应4～8h，反应后冷却到室温，最终制得蜗牛仿生粘性水凝胶，剥离力范围为60～150N/m。
本发明的有益效果：
本发明通过自由基聚合的方法制备了一种蜗牛仿生粘性水凝胶，该方法包括：尿囊素先经过丙烯酰氯改性，然后用乙醚进行沉淀析出改性尿囊素单体，布氏漏斗抽滤后转移至真空烘箱中烘干。然后将已改性尿囊素单体与亲水性单体丙烯酰胺和引发剂过硫酸钾加入去离子水中，水浴条件下搅拌至完全溶解，然后将配制好的溶液直接置于模具中，最后将模具放在烘箱中进行加热反应，使改性尿囊素单体与亲水性单体进行自由基共聚形成高分子聚合物。
本发明使用的尿囊素来自蜗牛粘液，具有良好的生物相容性，并且没有毒性，原料易得，成本较低。制备得到的水凝胶具有粘性，可用于药物可控释放，以及药物敷料等领域。
附图说明
图1是实施例1制备的蜗牛仿生粘性水凝胶样品的剥离力曲线；
图2是实施例2制备的蜗牛仿生粘性水凝胶样品的剥离力曲线；
图3是实施例3制备的蜗牛仿生粘性水凝胶样品的剥离力曲线；
图4是实施例4制备的蜗牛仿生粘性水凝胶样品的剥离力曲线。
具体实施方式
一种蜗牛仿生粘性水凝胶是通过将蜗牛粘液中的提取物尿囊素改性接入双键后，与单体丙烯酰胺热引发条件下生成粘性水凝胶。其制备方法的步骤和条件如以下实施例。
实施例1：一种蜗牛仿生粘性水凝胶制备方法的步骤和条件如下：
(1)尿囊素的改性
a.将0.003mol(0.5g)尿囊素溶于20mL二甲基甲酰胺(DMF)中，配制成摩尔浓度为0.15mol/L的尿囊素溶液；再向上述的溶液中加入0.0036mol三乙胺，在冰浴条件下搅拌20min后，再加入0.0033mol丙烯酰氯，然后将体系抽成真空并通入氮气保护，在冰浴条件下反应4h，得到改性尿囊素溶液；尿囊素、丙烯酰氯、三乙胺之间的摩尔比为1：1.1：1.2；
b.将步骤(a)得到溶液中的改性尿囊素单体用200mL乙醚溶剂沉降析出，乙醚溶剂与被沉降溶液体积比为10：1，用布氏漏斗抽滤，得到接有双键的尿囊素单体，将产物转移至真空烘箱中40℃烘干2h；产物质量为0.36g。
(2)水凝胶的制备
将0.0298g改性尿囊素单体、1g丙烯酰胺和0.01g过硫酸钾加入到5mL去离子水中，在70℃水浴条件下搅拌至完全溶解，溶液中上述各物质的质量浓度分别为0.00596g/mL、0.2g/mL、0.002g/mL，将配好的溶液直接置于模具中，所述模具的材料为聚四氟乙烯，模具凹槽尺寸为10×20×8mm，使水凝胶在模具中成型，模具只是对水凝胶起到固定成型作用，对实验结果没有影响。然后将模具置于75℃的烘箱中反应4h，反应后冷却到室温，最终制得蜗牛仿生粘性水凝胶。改性尿囊素单体：亲水性单体丙烯酰胺：引发剂过硫酸钾的质量比为2.98：100：1。
制备的蜗牛仿生粘性水凝胶的剥离力测定方法：制备上下表面平整的水凝胶，水凝胶样条尺寸为10×20×2mm，利用CT3质构仪进行剥离力测试，玻璃长度为80mm，测试速度为5mm/s。
实施例1中制备的蜗牛仿生粘性水凝胶剥离力最大值为60.87N/m。
实施例2：一种蜗牛仿生粘性水凝胶制备方法的步骤和条件如下：
(1)尿囊素的改性
a.将0.006mol(1g)尿囊素溶于30mL二甲基甲酰胺(DMF)中，配制成摩尔浓度为0.20mol/L的尿囊素溶液；再向上述的溶液中加入0.0072mol三乙胺，在冰浴条件下搅拌20min后，再加入0.0072mol丙烯酰氯，然后将体系抽成真空并通入氮气保护，在冰浴条件下反应4h，得到改性尿囊素溶液；尿囊素、丙烯酰氯、三乙胺之间的摩尔比为1：1.2：1.2；
b.将步骤(a)得到溶液中的改性尿囊素单体用330mL乙醚溶剂沉降析出，乙醚溶剂与被沉降溶液体积比为11：1，用布氏漏斗抽滤，得到接有双键的尿囊素单体，将产物转移至真空烘箱中40℃烘干3h；产物质为0.75g。
(2)水凝胶的制备
将0.0895g改性尿囊素单体、1g丙烯酰胺和0.01g过硫酸钾加入到5mL去离子水中，在70℃水浴条件下搅拌至完全溶解，溶液中上述各物质的质量浓度分别为0.0179g/mL、0.2g/mL、0.002g/mL，将配好的溶液直接置于反应模具中，然后将模具置于70℃的烘箱中反应5h，反应后冷却到室温，最终制得蜗牛仿生粘性水凝胶。改性尿囊素单体：亲水性单体丙烯酰胺：引发剂过硫酸钾的质量比为8.95：100：1。
用实施例1的测定方法，实施例3中制备的蜗牛仿生粘性水凝胶剥离力最大值为148.8N/m。
实施例3：一种蜗牛仿生粘性水凝胶制备方法的步骤和条件如下：
(1)尿囊素的改性
a.将0.006mol(1g)尿囊素溶于30mL二甲基甲酰胺(DMF)中，配制成摩尔浓度为0.20mol/L的尿囊素溶液；再向上述的溶液中加入0.0078mol三乙胺，在冰浴条件下搅拌30min后，再加入0.0066mol丙烯酰氯，然后将体系抽成真空并通入氮气保护，在冰浴条件下反应5h，得到改性尿囊素溶液；尿囊素、丙烯酰氯、三乙胺之间的摩尔比为1：1.1：1.3；
b.将步骤(a)得到溶液中的改性尿囊素单体用360mL乙醚溶剂沉降析出，乙醚溶剂与被沉降溶液体积比为12：1，用布氏漏斗抽滤，得到接有双键的尿囊素单体，将产物转移至真空烘箱中40℃烘干3h；产物质量为0.69g。
(2)水凝胶的制备
将0.0895g改性尿囊素单体、1g丙烯酰胺和0.01g过硫酸钾加入到5mL去离子水中，在70℃水浴条件下搅拌至完全溶解，溶液中上述各物质的质量浓度分别为0.0179g/mL、0.2g/mL、0.002g/mL，将配好的溶液直接置于反应模具中，然后将模具置于65℃的烘箱中反应6h，反应后冷却到室温，最终制得蜗牛仿生粘性水凝胶。改性尿囊素单体：亲水性单体丙烯酰胺：引发剂过硫酸钾的质量比为8.95：100：1。
用实施例1的测定方法，实施例4中制备的蜗牛仿生粘性水凝胶剥离力最大值为79.2N/m。
实施例4：一种蜗牛仿生粘性水凝胶制备方法的步骤和条件如下：
(1)尿囊素的改性
a.将0.012mol(2g)尿囊素溶于40mL二甲基甲酰胺(DMF)中，配制成摩尔浓度为0.30mol/L的尿囊素溶液；再向上述的溶液中加入0.00168mol三乙胺，在冰浴条件下搅拌30min后，再加入0.00156mol丙烯酰氯，然后将体系抽成真空并通入氮气保护，在冰浴条件下反应6h，得到改性尿囊素溶液；尿囊素、丙烯酰氯、三乙胺之间的摩尔比为1：1.3：1.4；
b.将步骤(a)得到溶液中的改性尿囊素单体用520mL乙醚溶剂沉降析出，乙醚溶剂与被沉降溶液体积比为13：1，用布氏漏斗抽滤，得到接有双键的尿囊素单体，将产物转移至真空烘箱中40℃烘干4h；产物质量为1.54g。
(2)水凝胶的制备
将0.1492g改性尿囊素单体、1g丙烯酰胺和0.01g过硫酸钾加入到5mL去离子水中，在70℃水浴条件下搅拌至完全溶解，溶液中上述各物质的质量浓度分别为0.002984g/mL、0.2g/mL、0.002g/mL，将配好的溶液直接置于反应模具中，然后将模具置于70℃的烘箱中反应5h，反应后冷却到室温，最终制得蜗牛仿生粘性水凝胶。改性尿囊素单体：亲水性单体丙烯酰胺：引发剂过硫酸钾的质量比为14.92：100：1。
用实施例1的测定方法，实施例4中制备的蜗牛仿生粘性水凝胶剥离力最大值为71.35N/m。

Claims (2)

1.一种蜗牛仿生粘性水凝胶的制备方法，其步骤如下：
(1)尿囊素的改性
a.将尿囊素溶于二甲基甲酰胺中，配制成摩尔浓度为0.15～0.30mol/L的尿囊素溶液，再向上述溶液中加入三乙胺，在冰浴条件下搅拌20～30min后加入丙烯酰氯，然后将体系抽成真空并通入氮气保护，再在冰浴条件下搅拌反应4～6h，得到改性尿囊素单体溶液；尿囊素、丙烯酰氯、三乙胺的用量摩尔比为1：1.1～1.3：1.2～1.4；
b.将步骤(a)得到溶液中的改性尿囊素单体用乙醚沉降析出，乙醚的体积用量与被沉降溶液的体积比为10～13：1，然后用布氏漏斗进行抽滤，得到改性尿囊素单体，将产物转移到真空烘箱中，在35～45℃下烘干2～4h；
(2)水凝胶的制备
将改性尿囊素单体、丙烯酰胺亲水性单体和过硫酸钾引发剂加入到去离子水中，在60～80℃水浴条件下搅拌至完全溶解，混合溶液中改性尿囊素单体的质量浓度为0.00596g～0.02984g/mL，改性尿囊素单体、丙烯酰胺亲水性单体和过硫酸钾引发剂的质量比为2.98～14.92：100：1，将配置好的溶液直接置于模具中，然后将模具置于65℃～75℃的烘箱中反应4～8h，反应后冷却到室温，最终制得蜗牛仿生粘性水凝胶，剥离力范围为60～150N/m。
2.一种蜗牛仿生粘性水凝胶，其特征在于：是由权利要求1所述的方法制备得到。
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