CN106854357A - 一种新型多壁碳纳米管‑多巴胺‑聚乙二醇二丙烯酸酯水凝胶膜的制备方法及产品 - Google Patents

一种新型多壁碳纳米管‑多巴胺‑聚乙二醇二丙烯酸酯水凝胶膜的制备方法及产品 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种新型多壁碳纳米管‑多巴胺‑聚乙二醇二丙烯酸酯水凝胶膜的制备方法及产品，该方法具体为：(1)在无氧条件下将多巴胺加入交联剂溶液中，45‑55℃下避光搅拌1‑3d后冷冻干燥制得多巴胺联剂；(2)将多壁碳纳米管溶液加入多巴胺联剂中，混匀后向混合溶液中加入聚乙二醇二丙烯酸酯和光引发剂，制得前体溶液；(3)以该前体溶液制备水凝胶。制得的多壁碳纳米管‑多巴胺‑聚乙二醇二丙烯酸酯水凝胶膜可以在从干燥到含水环境转换时发生自我折叠，且不依赖于多壁碳纳米管的浓度，具有自卷、导电性、细胞附着能力及生物相容性等特性，同时，能影响细胞分化，该水凝胶膜自卷后，形态上类似于骨和神经组织，在生物医学领域具有应用潜力。

Description

一种新型多壁碳纳米管-多巴胺-聚乙二醇二丙烯酸酯水凝胶 膜的制备方法及产品
技术领域
本发明属于生物医学技术领域，具体涉及一种新型多壁碳纳米管-多巴胺-聚乙二醇二丙烯酸酯水凝胶膜的制备方法及产品。
背景技术
目前最有效和最流行的组织再生的方法是建立一个三维(3D)基质为细胞增殖和分化提供一个稳定的组织模仿环境。而理想的基质或细胞生存环境应具有合适的特殊结构、机械性能、生物相容性和渗透性。对于一个人工的三维基质，要满足上述所有要求是一项挑战。天然和合成材料已被用来构建组织工程的三维矩阵，然而，天然材料通常具有较差的机械性能，而合成材料往往缺乏细胞识别的受体。因此，急需一种兼具机械性能及生物相容性的人工的三维基质。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于：(1)提供一种新型多壁碳纳米管-多巴胺-聚乙二醇二丙烯酸酯水凝胶膜的制备方法；(2)提供一种新型多壁碳纳米管-多巴胺-聚乙二醇二丙烯酸酯水凝胶膜。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
1、一种新型多壁碳纳米管-多巴胺-聚乙二醇二丙烯酸酯水凝胶膜的制备方法，包括如下步骤：
(1)在无氧条件下将多巴胺加入交联剂溶液中，45-55℃下避光搅拌1-3d后冷冻干燥制得多巴胺联剂；
(2)将多壁碳纳米管溶液加入步骤(1)中制得的多巴胺联剂中，混匀后向混合溶液中加入聚乙二醇二丙烯酸酯和光引发剂，制得前体溶液；
(3)以步骤(2)中制得的前体溶液制备水凝胶。
进一步，步骤(1)中，所述交联剂溶液的配制方法为将N,N-亚甲基双丙烯酰酯胺加入乙醇溶液中，所述交联剂溶液中N,N-亚甲基双丙烯酰酯胺的浓度为70.1mg/ml。
进一步，所述乙醇溶液的pH值为6，所述乙醇溶液中水与乙醇的体积比为4:3。
进一步，步骤(1)中，所述多巴胺联剂中多巴胺与N,N-亚甲基双丙烯酰酯胺的摩尔比为2:3。
进一步，步骤(2)中，所述多壁碳纳米管溶液的配制方法为将多壁碳纳米管加入泊洛沙姆溶液中，所述多壁碳纳米管溶液中多壁碳纳米管的浓度为0.7-1.4mg/ml。
进一步，步骤(2)中，所述泊洛沙姆溶液的质量体积百分比为10％。
进一步，步骤(2)中，所述聚乙二醇二丙烯酸酯的质量体积百分比为20％。
进一步，步骤(2)中，所述光引发剂为光引发剂2959，所述的光引发剂2959的质量体积百分比为10％。
进一步，步骤(2)中，所述前体溶液中多巴胺交联剂、多壁碳纳米管溶液、聚乙二醇二丙烯酸酯和光引发剂2959的体积比为200：38-80：1000：130。
2、由所述的一种新型多壁碳纳米管-多巴胺-聚乙二醇二丙烯酸酯水凝胶膜的制备方法制备的多壁碳纳米管-多巴胺-聚乙二醇二丙烯酸酯水凝胶膜。
本发明的有益效果在于：本发明提供了一种新型多壁碳纳米管-多巴胺-聚乙二醇二丙烯酸酯水凝胶膜的制备方法及产品，该方法工艺简单，可操作性强，由该方法制备的多壁碳纳米管-多巴胺-聚乙二醇二丙烯酸酯水凝胶膜可以在从干燥到含水环境转换时发生自我折叠，且不依赖于多壁碳纳米管的浓度，具有自卷、导电性、细胞附着能力及生物相容性等特性，同时，能影响细胞分化，该水凝胶膜自卷后，形态上类似于骨和神经组织，在生物医学领域具有应用潜力。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为实施例1中多巴胺-MBA交联剂的1H NMR核磁共振光谱图；
图2为实施例1中多壁碳纳米管-多巴胺-聚乙二醇二丙烯酸酯水凝胶膜形成原理图；
图3为实施例1中制备的多壁碳纳米管-多巴胺-聚乙二醇二丙烯酸酯水凝胶膜自卷的扫描电镜图；
图4为多壁碳纳米管-多巴胺-聚乙二醇二丙烯酸酯水凝胶膜的导电性测试图；
图5为多壁碳纳米管-多巴胺-聚乙二醇二丙烯酸酯水凝胶膜对细胞活力的影响图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
实施例1
制备多壁碳纳米管-多巴胺-聚乙二醇二丙烯酸酯水凝胶膜，具体步骤如下：
(1)将N,N-亚甲基双丙烯酰酯胺(MBA)加入乙醇溶液中，制得MBA溶液，其中,乙醇溶液的pH值为6，乙醇溶液中水与乙醇的体积比为4:3，制得的MBA溶液中MBA浓度为70.1mg/ml；
(2)在氮气保护下按多巴胺与MBA溶液中MBA摩尔比为2：3将多巴胺加入步骤(1)中制得的MBA溶液中，45℃下避光搅拌3d后冷冻干燥制得多巴胺-MBA交联剂，将制备好的多巴胺-MBA交联剂存放在20℃条件下；通过1H NMR核磁共振光谱鉴定该多巴胺-MBA交联剂的化学结构，结果如图1所示，由图1可知，其中5.7和6.2ppm代表聚合物中的乙烯键，6.6ppm表示苯环的存在，结果表明多巴胺与MBA成功交联，作为末端基团的乙烯基在聚合中可以作为大分子交联剂；
(3)将多壁碳纳米管加入质量体积百分为10％的泊洛沙姆溶液(F127溶液)中，制得多壁碳纳米管溶液，所述多壁碳纳米管溶液中多壁碳纳米管的浓度为1.4mg/ml；
(4)将步骤(2)中制得的多巴胺-MBA交联剂加入步骤(3)中制得多壁碳纳米管溶液中，混匀后向混合溶液中加入质量体积百分为20％的聚乙二醇二丙烯酸酯和质量体积百分比为10％的光引发剂2959，制得前体溶液，所述前体溶液中多巴胺-MBA交联剂、多壁碳纳米管溶液、聚乙二醇二丙烯酸酯和光引发剂2959的体积比为200：38：1000：130；
(5)以步骤(4)中制得的前体溶液制备水凝胶，具体为取100ul步骤(4)中制得的前体溶液于玻片上，覆盖另一张玻片，紫外照射15min形成水凝胶，其形成原理如图2所示，利用紫外光能量引起光引发剂2959产生自由基并进一步引发溶液中单体聚合交联从而形成固化的水凝胶。将水凝胶从玻片上撕下，放入水中30秒内能自动形成一个卷筒，如图3所示。
实施例2
制备多壁碳纳米管-多巴胺-聚乙二醇二丙烯酸酯水凝胶膜，具体步骤如下：
(1)将N,N-亚甲基双丙烯酰酯胺(MBA)加入乙醇溶液中，制得MBA溶液，其中，乙醇溶液的pH值为6，乙醇溶液中水与乙醇的体积比为4:3，制得的MBA溶液中MBA浓度为70.1mg/ml；
(2)在氮气保护下按多巴胺与MBA溶液中MBA摩尔比为2：3将多巴胺加入步骤(1)中制得的MBA溶液中，50℃下避光搅拌2d后冷冻干燥制得多巴胺-MBA交联剂，将制备好的多巴胺-MBA交联剂存放在20℃条件下；
(3)将多壁碳纳米管加入质量体积百分为10％的泊洛沙姆溶液(F127溶液)中，制得多壁碳纳米管溶液，所述多壁碳纳米管溶液中多壁碳纳米管的浓度为1.0mg/ml；
(4)将步骤(2)中制得的多巴胺-MBA交联剂加入步骤(3)中制得多壁碳纳米管溶液中，混匀后向混合溶液中加入质量体积百分为20％的聚乙二醇二丙烯酸酯和质量体积百分比为10％的光引发剂2959，制得前体溶液，所述前体溶液中多巴胺-MBA交联剂、多壁碳纳米管溶液、聚乙二醇二丙烯酸酯和光引发剂2959的体积比为200：60：1000：130；
(5)以步骤(4)中制得的前体溶液制备水凝胶，具体为取100ul步骤(4)中制得的前体溶液于玻片上，覆盖另一张玻片，紫外照射15min形成水凝胶膜。
实施例3
制备多壁碳纳米管-多巴胺-聚乙二醇二丙烯酸酯水凝胶膜，具体步骤如下：
(1)将N,N-亚甲基双丙烯酰酯胺(MBA)加入乙醇溶液中，制得MBA溶液，其中,乙醇溶液的pH值为6，乙醇溶液中水与乙醇的体积比为4:3，制得的MBA溶液中MBA浓度为70.1mg/ml；
(2)在氮气保护下按多巴胺与MBA溶液中MBA摩尔比为2：3将多巴胺加入步骤(1)中制得的MBA溶液中，55℃下避光搅拌1d后冷冻干燥制得多巴胺-MBA交联剂，将制备好的多巴胺-MBA交联剂存放在20℃条件下；
(3)将多壁碳纳米管加入质量体积百分为10％的泊洛沙姆溶液(F127溶液)中，制得多壁碳纳米管溶液，所述多壁碳纳米管溶液中多壁碳纳米管的浓度为0.7mg/ml；
(4)将步骤(2)中制得的多巴胺-MBA交联剂加入步骤(3)中制得多壁碳纳米管溶液中，混匀后向混合溶液中加入质量体积百分为20％的聚乙二醇二丙烯酸酯和质量体积百分比为10％的光引发剂2959，制得前体溶液，所述前体溶液中多巴胺-MBA交联剂、多壁碳纳米管溶液、聚乙二醇二丙烯酸酯和光引发剂2959的体积比为200：80：1000：130；
(5)以步骤(4)中制得的前体溶液制备水凝胶，具体为取100ul步骤(4)中制得的前体溶液于玻片上，覆盖另一张玻片，紫外照射15min形成水凝胶膜。
实施例4
多壁碳纳米管-多巴胺-聚乙二醇二丙烯酸酯水凝胶膜的导电性测试
依据实施例1中的方法分别制备多壁碳纳米管浓度为0、0.7、1.4mg/ml的多壁碳纳米管-多巴胺-聚乙二醇二丙烯酸酯水凝胶膜，使用标准的四探针法测量各多壁碳纳米管-多巴胺-聚乙二醇二丙烯酸酯水凝胶膜的电导率，每个水凝胶膜测试30个点。结果如图4所示，由图4可知，不含多壁碳纳米管的水凝胶的电导率为0s/m，含0.7mg/ml多壁碳纳米管的水凝胶电导率增加至0.02s/m，含1.4mg/ml多壁碳纳米管的水凝胶电导率增加至0.048s/m，由此可知，含碳纳米管的水凝胶具有良好的导电性能，并且可以通过改变碳纳米管的浓度调整水凝胶的电导率。
实施例5
利用MTT比色法检测多壁碳纳米管-多巴胺-聚乙二醇二丙烯酸酯水凝胶膜对细胞活力的影响
将小鼠骨髓间充质干细胞(BMSCs)接种到实施例4中制备的3中水凝胶膜上。利用MTT法检测细胞1天和5天的存活率。将组织培养板(TCPS)培养的骨髓间充质干细胞活性设定为标准值100％，以不含多壁碳纳米管的水凝胶作为对照。结果如图5所示，其中，各组未加细胞的水凝胶作为背景对照，用于减少培养基中酚红对比色的影响，由图5可知，含多壁碳纳米管的水凝胶与不含多壁碳纳米管的水凝胶在培养第1天和第5天细胞具有相似活性，证明多壁碳纳米管对细胞没有毒性。经过5天的孵化，所有样品的细胞活力均显著增加，且不同浓度的多壁碳纳米管对细胞活力没有影响。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种新型多壁碳纳米管-多巴胺-聚乙二醇二丙烯酸酯水凝胶膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)在无氧条件下将多巴胺加入交联剂溶液中，45-55℃下避光搅拌1-3d后冷冻干燥制得多巴胺联剂；
(2)将多壁碳纳米管溶液加入步骤(1)中制得的多巴胺联剂中，混匀后向混合溶液中加入聚乙二醇二丙烯酸酯和光引发剂，制得前体溶液；
(3)以步骤(2)中制得的前体溶液制备水凝胶。
2.根据权利要求1所述的一种新型多壁碳纳米管-多巴胺-聚乙二醇二丙烯酸酯水凝胶膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述交联剂溶液的配制方法为将N,N-亚甲基双丙烯酰酯胺加入乙醇溶液中，所述交联剂溶液中N,N-亚甲基双丙烯酰酯胺的浓度为70.1mg/ml。
3.根据权利要求2所述的一种新型多壁碳纳米管-多巴胺-聚乙二醇二丙烯酸酯水凝胶膜的制备方法，其特征在于，所述乙醇溶液的pH值为6，所述乙醇溶液中水与乙醇的体积比为4:3。
4.根据权利要求2所述的一种新型多壁碳纳米管-多巴胺-聚乙二醇二丙烯酸酯水凝胶膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述多巴胺联剂中多巴胺与N,N-亚甲基双丙烯酰酯胺的摩尔比为2:3。
5.根据权利要求1所述的一种新型多壁碳纳米管-多巴胺-聚乙二醇二丙烯酸酯水凝胶膜的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述多壁碳纳米管溶液的配制方法为将多壁碳纳米管加入泊洛沙姆溶液中，所述多壁碳纳米管溶液中多壁碳纳米管的浓度为0.7-1.4mg/ml。
6.根据权利要求5所述的一种新型多壁碳纳米管-多巴胺-聚乙二醇二丙烯酸酯水凝胶膜的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述泊洛沙姆溶液的质量体积百分比为10％。
7.根据权利要求1所述的一种新型多壁碳纳米管-多巴胺-聚乙二醇二丙烯酸酯水凝胶膜的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述聚乙二醇二丙烯酸酯的质量体积百分比为20％。
8.根据权利要求1所述的一种新型多壁碳纳米管-多巴胺-聚乙二醇二丙烯酸酯水凝胶膜的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述光引发剂为光引发剂2959，所述的光引发剂2959的质量体积百分比为10％。
9.根据权利要求1所述的一种新型多壁碳纳米管-多巴胺-聚乙二醇二丙烯酸酯水凝胶膜的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述前体溶液中多巴胺交联剂、多壁碳纳米管溶液、聚乙二醇二丙烯酸酯和光引发剂2959的体积比为200：38-80：1000：130。
10.由权利要求1～9任一项所述的一种新型多壁碳纳米管-多巴胺-聚乙二醇二丙烯酸酯水凝胶膜的制备方法制备的多壁碳纳米管-多巴胺-聚乙二醇二丙烯酸酯水凝胶膜。
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