CN108864443A - 一种生物医用电活性水凝胶及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种生物医用电活性水凝胶及其制备方法，涉及高分子材料领域，特别涉及一种生物医用电活性水凝胶及其制备方法。可由下述方法制得：以天然无毒的化合物甘氨酸和胆碱形成离子液体，再以丙烯酸改性离子液体，形成乙烯基胆碱‑甘氨酸离子液体单体，以N，N‑亚甲基双丙烯酰胺(MBAA)为交联剂，过硫酸钾(KPS)为引发剂，通过自由基聚合，制备聚离子液体凝胶，做为第一凝胶网络；以通过美国FDA认证的聚乙二醇(PEG)作为第二凝胶网络的反应单体，以N，N‑亚甲基双丙烯酰胺(MBAA)为交联剂，过硫酸钾(KPS)为引发剂，与第一凝胶网络形成具有高力学强度的电活性凝胶，该凝胶具有良好的生物相容性和生物降解性，可用于神经组织工程、心肌组织工程等领域。

Description

一种生物医用电活性水凝胶及其制备方法
技术领域
本发明涉及组织工程生物材料领域，特别涉及一种生物医用电活性水凝胶及其制备方法。
背景技术
生物医学材料要适应生物体复杂的环境，因此在生物相容性、力学强度等方面需要具有与天然材料相近的性能。水凝胶因具有与人体软组织相似的结构而成为其理想的替代材料，但长久以来力学强度不足一直制约着其应用。以关节软骨为例，它在人体关节中不仅要承受较高的压力，更要吸收来自外界的冲击能，但是一旦关节软骨受到损伤，以现今的医学技术还无法使之修复。因此缩小高分子水凝胶与生物软组织之间的性能差距，寻求与生物软组织性能匹配的高分子水凝胶材料，提高水凝胶的力学强度，实现水凝胶在软组织替代材料上的应用，是目前高分子水凝胶研究的热点之一。
水凝胶力学强度的影响因素包括聚合物含量、高聚物分子链的柔性、交联浓度及交联方式、网络的均匀性等。一般聚合物含量较高能提高水凝胶力学强度，而聚合物含量低的水凝胶常表现出流体性质；当构成水凝胶网络的分子链为线性且呈中性时，凝胶网络具有较高的延展性和更好的能量耗散，但导致凝胶力学强度降低；水凝胶可以通过化学交联、物理交联方式形成网络，化学交联水凝胶力学强度往往大于物理交联水凝胶；无论是何种交联方式，提高交联度能在一定程度上提高水凝胶的力学强度；在水凝胶网络的交联过程中常出现结构不均一现象，当受到外界作用力时，这种不均一性可使得凝胶内部出现应力集中，导致凝胶结构被破坏。因此，通过分子设计，加强高分子水凝胶网络结构的规整度、提高交联结构自由度及发挥高分子链的柔韧性，是提高水凝胶力学性能的有效设计策略。近年来对高强度水凝胶的研究已有较大的进展，主要表现在以下几种：拓扑结构凝胶(Topological gel，TP gel)、纳米复合凝胶(Nanocomposite gel，NC gel)和双网络水凝胶(Double Network gel，DN gel)，其中双网络水凝胶具有与前两者不同的网络结构，独特的结构使其具备优越的力学性能。
双层网络水凝胶是指使两种不同结构的亲水性高聚物分步聚合并交联，形成相互贯穿的均匀网络。双网络结构水凝胶的合成方法为两步法：首先合成交联密度高的刚性凝胶网络支架，然后在第一步合成的凝胶基础上，合成松散的低交联柔性网络。合成双网络水凝胶两种网络的结构和交联密度截然不同，第一网络由硬而脆的聚电解质形成，第二网络由软而韧的中性聚合物形成，松散交联的第二网络通过自身结构的变形和滑动的分子链的物理缠结点，使局部应力得到有效松弛，从而使水凝胶强度得到极大提高。双层网络凝胶最典型的例子为龚剑萍教授所制备的PAMPS/PAAm双层网络凝胶，该凝胶以带负电荷的PAMPS(聚2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸)水凝胶作为第一层网络结构，中性的PAAm(聚丙烯酰胺)水凝胶作为第二层网络结构。虽然PAMPS和PAAm均为传统的化学交联水凝胶，但双层网络凝胶的力学性能并不是2种水凝胶力学性能的简单加和，而是表现出协同作用。单轴压缩实验表明PAMPS/PAAm凝胶抗压强度为17.2MPa，破裂应变为92％，而PAMPS凝胶和PAAm凝胶的抗压强度分别只有0.4和0.8MPa，破裂应变分别为41％和84％。
本发明以聚离子液体凝胶为第一网络，形成刚性凝胶支架，以聚乙二醇(PEG)为第二网络，形成柔性网络，开发新型高强度生物医用凝胶。由于离子液体的引入，赋予水凝胶导电功能；所选用原料为天然无毒的化合物甘氨酸和胆碱，以及通过美国FDA认证的PEG，赋予水凝胶良好的生物相容性和生物降解性，可用于神经组织工程、心肌组织工程等方面的研究。
发明内容
本发明的目的在于提供一种生物医用电活性水凝胶，该凝胶具有优良的力学强度、良好的生物相容性和生物降解性，以及导电性能。本发明所提供生物医用电活性水凝胶可由以下方法制得：
(1)乙烯基甘氨酸(Gly-AAc)的制备
称取丙烯酸(AAc)，溶于10ml蒸馏水，加入N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)和1-乙基-3-(3-二甲胺丙基)碳二亚胺(EDC)，室温下磁力搅拌2h后，再加入甘氨酸(Gly)继续反应24h，AAc∶Gly∶EDC∶NHS＝5mol∶5mol∶5mol∶1mol；待反应结束后倒入过量乙醇，静置析出白色晶体，将产物离心分离，弃去上清液，取沉淀在烘箱内经50℃干燥，得到乙烯基甘氨酸(Gly-AAc)。(2)乙烯基离子液体单体的制备
分别称取乙烯基甘氨酸(Gly-AAc)、胆碱(Ch)，各溶于5ml蒸馏水，Gly-AAc∶Ch＝2mol∶1mol～1mol∶1mol，用恒压滴液漏斗将胆碱溶液缓慢滴加于乙烯基甘氨酸(Gly-AAc)溶液中，在3℃～25℃下磁力搅拌反应48h；反应结束后60℃下旋蒸除水，然后将上述反应体系倒入过量乙醇，静置出现粘性固体物质，离心分离，将产物在50℃下干燥，以除去残留的乙醇和水，得到纯净的乙烯基胆碱-甘氨酸离子液体单体(Ch-Gly-AAc)。
(3)聚乙二醇(PEG)的改性
称取不同分子量的PEG(使用前在真空干燥箱内室温干燥1d)溶于10mL无水二氯甲烷中，充分溶解后加入三乙胺，PEG∶三乙胺＝1mol∶4mol～1mol∶8mol，以冰浴控制温度在4℃以下，向其中滴加丙烯酰氯/二氯甲烷溶液，PEG∶丙烯酰氯＝1mol∶4mol～1mol∶8mol，搅拌一段时间后，撤去冰浴，在室温下反应24h后停止反应，抽滤除去反应生成的三乙胺-盐酸盐白色沉淀，将滤液加入过量的冷乙醚中，得到大量白色沉析物，再次抽滤，将沉析产物置于真空干燥箱内干燥，去除混入的有机溶剂。将所得产物溶于水中，置于透析袋内透析。将透析液通过旋转蒸发仪浓缩，以冷冻干燥机冻干浓缩液，得到两端双键封端的聚乙二醇(PEGDA)，在-20℃密封保存。
(4)凝胶的制备
称取乙烯基胆碱-甘氨酸离子液体单体(Ch-Gly-AAc)和交联剂N，N-亚甲基双丙烯酰胺(MBAA)溶于10ml蒸馏水中，使Ch-Gly-AAc浓度为0.1mol/L～1.0mol/L，n(MBAA)/n(Ch-Gly-AAc)为1mol％～10mol％，室温下搅拌，通氮气15min，加入过硫酸钾(KPS)，使n(KPS)/n(Ch-Gly-AAc)为0.1mol％～0.5mol％，将反应液倒入玻璃模具，以胶头滴管滴入两滴2％N，N，N′，N′-四甲基乙二胺(TEMED)，室温下反应24h，制得聚离子液体凝胶P(Ch-Gly-AAc)，将所得凝胶浸泡在蒸馏水中，每天换水，除去未反应小分子。称取不同分子量的PEGDA，溶于8mL蒸馏水，构成第二网络反应液，将干燥的聚离子液体凝胶在第二反应液中充分溶胀后，反应体系转移至冰水浴中，通氮气15min，加入2mL含有过硫酸钾(KPS)的水溶液，使PEGDA浓度为1mol/L～5mol/L，n(KPS)/n(PEGDA)为0.1mol％～0.5mol％，4h后将反应体系转移至25℃，以胶头滴管滴入两滴2％TEMED，反应24h后得到双网络凝胶P(Ch-Gly-AAc)/P(PEGDA)，将所得凝胶浸泡在蒸馏水中，每天换水，除去未反应小分子。
本发明的另一目的在于提供一种生物医用电活性水凝胶的制备方法，制备方法包括以下步骤：
(1)乙烯基甘氨酸(Gly-AAc)的制备
称取丙烯酸(AAc)，溶于10ml蒸馏水，加入N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)和1-乙基-3-(3-二甲胺丙基)碳二亚胺(EDC)，室温下磁力搅拌2h后，再加入甘氨酸(Gly)继续反应24h，AAc∶Gly∶EDC∶NHS＝5mol∶5mol∶5mol∶1mol；待反应结束后倒入过量乙醇，静置析出白色晶体，将产物离心分离，弃去上清液，取沉淀在烘箱内经50℃干燥，得到乙烯基甘氨酸(Gly-AAc)。(2)乙烯基离子液体单体的制备
分别称取乙烯基甘氨酸(Gly-AAc)、胆碱(Ch)，各溶于5ml蒸馏水，Gly-AAc∶Ch＝2mol∶1mol～1mol∶1mol，用恒压滴液漏斗将胆碱溶液缓慢滴加于乙烯基甘氨酸(Gly-AAc)溶液中，在3℃～25℃下磁力搅拌反应48h；反应结束后60℃下旋蒸除水，然后将上述反应体系倒入过量乙醇，静置出现粘性固体物质，离心分离，将产物在50℃下干燥，以除去残留的乙醇和水，得到纯净的乙烯基胆碱-甘氨酸离子液体单体(Ch-Gly-AAc)。
(3)聚乙二醇(PEG)的改性
称取不同分子量的PEG(使用前在真空干燥箱内室温干燥1d)溶于10mL无水二氯甲烷中，充分溶解后加入三乙胺，PEG∶三乙胺＝1mol∶4mol～1mol∶8mol，以冰浴控制温度在4℃以下，向其中滴加丙烯酰氯/二氯甲烷溶液，PEG∶丙烯酰氯＝1mol∶4mol～1mol∶8mol，搅拌一段时间后，撤去冰浴，在室温下反应24h后停止反应，抽滤除去反应生成的三乙胺-盐酸盐白色沉淀，将滤液加入过量的冷乙醚中，得到大量白色沉析物，再次抽滤，将沉析产物置于真空干燥箱内干燥，去除混入的有机溶剂。将所得产物溶于水中，置于透析袋内透析。将透析液通过旋转蒸发仪浓缩，以冷冻干燥机冻干浓缩液，得到两端双键封端的聚乙二醇(PEGDA)，在-20℃密封保存。
(4)凝胶的制备
称取乙烯基胆碱-甘氨酸离子液体单体(Ch-Gly-AAc)和交联剂N，N-亚甲基双丙烯酰胺(MBAA)溶于10ml蒸馏水中，使Ch-Gly-AAc浓度为0.1mol/L～1.0mol/L，n(MBAA)/n(Ch-Gly-AAc)为1mol％～10mol％，室温下搅拌，通氮气15min，加入过硫酸钾(KPS)，使n(KPS)/n(Ch-Gly-AAc)为0.1mol％～0.5mol％，将反应液倒入玻璃模具，以胶头滴管滴入两滴2％N，N，N′，N′-四甲基乙二胺(TEMED)，室温下反应24h，制得聚离子液体凝胶P(Ch-Gly-AAc)，将所得凝胶浸泡在蒸馏水中，每天换水，除去未反应小分子。称取不同分子量的PEGDA，溶于8mL蒸馏水，构成第二网络反应液，将干燥的聚离子液体凝胶在第二反应液中充分溶胀后，反应体系转移至冰水浴中，通氮气15min，加入2mL含有过硫酸钾(KPS)的水溶液，使PEGDA浓度为1mol/L～5mol/L，n(KPS)/n(PEGDA)为0.1mol％～0.5mol％，4h后将反应体系转移至25℃，以胶头滴管滴入两滴2％TEMED，反应24h后得到双网络凝胶P(Ch-Gly-AAc)/P(PEGDA)，将所得凝胶浸泡在蒸馏水中，每天换水，除去未反应小分子。
有益效果
本发明所提供的生物医用电活性水凝胶具有高强的力学性能、良好的生物相容性和生物降解性，优良的导电能力，可作为神经组织工程、心肌组织工程等领域的支架材料。
具体实施方案
实施例1
(1)乙烯基甘氨酸(Gly-AAc)的制备
称取丙烯酸(AAc)，溶于10ml蒸馏水，加入N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)和1-乙基-3-(3-二甲胺丙基)碳二亚胺(EDC)，室温下磁力搅拌2h后，再加入甘氨酸(Gly)继续反应24h，AAc∶Gly∶EDC∶NHS＝5mol∶5mol∶5mol∶1mol；待反应结束后倒入过量乙醇，静置析出白色晶体，将产物离心分离，弃去上清液，取沉淀在烘箱内经50℃干燥，得到乙烯基甘氨酸(Gly-AAc)。
(2)乙烯基离子液体单体的制备
分别称取乙烯基甘氨酸(Gly-AAc)、胆碱(Ch)，各溶于5ml蒸馏水，Gly-AAc∶Ch＝2mol∶1mol，用恒压滴液漏斗将胆碱溶液缓慢滴加于乙烯基甘氨酸(Gly-AAc)溶液中，在3℃下磁力搅拌反应48h；反应结束后60℃下旋蒸除水，然后将上述反应体系倒入过量乙醇，静置出现粘性固体物质，离心分离，将产物在50℃下干燥，以除去残留的乙醇和水，得到纯净的乙烯基胆碱-甘氨酸离子液体单体(Ch-Gly-AAc)。
(3)聚乙二醇(PEG)的改性
称取PEG700(使用前在真空干燥箱内室温干燥1d)溶于10mL无水二氯甲烷中，充分溶解后加入三乙胺，PEG∶三乙胺＝1mol∶4mol，以冰浴控制温度在4℃以下，向其中滴加丙烯酰氯/二氯甲烷溶液，PEG∶丙烯酰氯＝1mol∶4mol，搅拌一段时间后，撤去冰浴，在室温下反应24h后停止反应，抽滤除去反应生成的三乙胺-盐酸盐白色沉淀，将滤液加入过量的冷乙醚中，得到大量白色沉析物，再次抽滤，将沉析产物置于真空干燥箱内干燥，去除混入的有机溶剂。将所得产物溶于水中，置于透析袋内透析。将透析液通过旋转蒸发仪浓缩，以冷冻干燥机冻干浓缩液，得到两端双键封端的聚乙二醇(PEGDA)，在-20℃密封保存。
(4)凝胶的制备
称取乙烯基胆碱-甘氨酸离子液体单体(Ch-Gly-AAc)和交联剂N，N-亚甲基双丙烯酰胺(MBAA)溶于10ml蒸馏水中，使Ch-Gly-AAc浓度为0.2mol/L，n(MBAA)/n(Ch-Gly-AAc)为2mol％，室温下搅拌，通氮气15min，加入过硫酸钾(KPS)，使n(KPS)/n(Ch-Gly-AAc)为0.1mol％，将反应液倒入玻璃模具，以胶头滴管滴入两滴2％N，N，N′，N′-四甲基乙二胺(TEMED)，室温下反应24h，制得聚离子液体凝胶P(Ch-Gly-AAc)，将所得凝胶浸泡在蒸馏水中，每天换水，除去未反应小分子。称取不同分子量的PEGDA，溶于8mL蒸馏水，构成第二网络反应液，将干燥的聚离子液体凝胶在第二反应液中充分溶胀后，反应体系转移至冰水浴中，通氮气15min，加入2mL含有过硫酸钾(KPS)的水溶液，使PEGDA浓度为4mol/L，n(KPS)/n(PEGDA)为0.1mol％，4h后将反应体系转移至25℃，以胶头滴管滴入两滴2％TEMED，反应24h后得到双网络凝胶P(Ch-Gly-AAc)/P(PEGDA)，将所得凝胶浸泡在蒸馏水中，每天换水，除去未反应小分子。
实施例2
(1)乙烯基甘氨酸(Gly-AAc)的制备
称取丙烯酸(AAc)，溶于10ml蒸馏水，加入N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)和1-乙基-3-(3-二甲胺丙基)碳二亚胺(EDC)，室温下磁力搅拌2h后，再加入甘氨酸(Gly)继续反应24h，AAc∶Gly∶EDC∶NHS＝5mol∶5mol∶5mol∶1mol；待反应结束后倒入过量乙醇，静置析出白色晶体，将产物离心分离，弃去上清液，取沉淀在烘箱内经50℃干燥，得到乙烯基甘氨酸(Gly-AAc)。
(2)乙烯基离子液体单体的制备
分别称取乙烯基甘氨酸(Gly-AAc)、胆碱(Ch)，各溶于5ml蒸馏水，Gly-AAc∶Ch＝1.05mol∶1mol，用恒压滴液漏斗将胆碱溶液缓慢滴加于乙烯基甘氨酸(Gly-AAc)溶液中，在3℃下磁力搅拌反应48h；反应结束后60℃下旋蒸除水，然后将上述反应体系倒入过量乙醇，静置出现粘性固体物质，离心分离，将产物在50℃下干燥，以除去残留的乙醇和水，得到纯净的乙烯基胆碱-甘氨酸离子液体单体(Ch-Gly-AAc)。
(3)聚乙二醇(PEG)的改性
称取PEG2000(使用前在真空干燥箱内室温干燥1d)溶于10mL无水二氯甲烷中，充分溶解后加入三乙胺，PEG∶三乙胺＝1mol∶6mol，以冰浴控制温度在4℃以下，向其中滴加丙烯酰氯/二氯甲烷溶液，PEG∶丙烯酰氯＝1mol∶6mol，搅拌一段时间后，撤去冰浴，在室温下反应24h后停止反应，抽滤除去反应生成的三乙胺-盐酸盐白色沉淀，将滤液加入过量的冷乙醚中，得到大量白色沉析物，再次抽滤，将沉析产物置于真空干燥箱内干燥，去除混入的有机溶剂。将所得产物溶于水中，置于透析袋内透析。将透析液通过旋转蒸发仪浓缩，以冷冻干燥机冻干浓缩液，得到两端双键封端的聚乙二醇(PEGDA)，在-20℃密封保存。
(4)凝胶的制备
称取乙烯基胆碱-甘氨酸离子液体单体(Ch-Gly-AAc)和交联剂N，N-亚甲基双丙烯酰胺(MBAA)溶于10mi蒸馏水中，使Ch-Gly-AAc浓度为1.0mol/L，n(MBAA)/n(Ch-Gly-AAc)为4mol％，室温下搅拌，通氮气15min，加入过硫酸钾(KPS)，使n(KPS)/n(Ch-Gly-AAc)为0.3mol％，将反应液倒入玻璃模具，以胶头滴管滴入两滴2％N，N，N′，N′-四甲基乙二胺(TEMED)，室温下反应24h，制得聚离子液体凝胶P(Ch-Gly-AAc)，将所得凝胶浸泡在蒸馏水中，每天换水，除去未反应小分子。称取不同分子量的PEGDA，溶于8mL蒸馏水，构成第二网络反应液，将干燥的聚离子液体凝胶在第二反应液中充分溶胀后，反应体系转移至冰水浴中，通氮气15min，加入2mL含有过硫酸钾(KPS)的水溶液，使PEGDA浓度为4mol/L，n(KPS)/n(PEGDA)为0.3mol％，4h后将反应体系转移至25℃，以胶头滴管滴入两滴2％TEMED，反应24h后得到双网络凝胶P(Ch-Gly-AAc)/P(PEGDA)，将所得凝胶浸泡在蒸馏水中，每天换水，除去未反应小分子。
实施例3
(1)乙烯基甘氨酸(Gly-AAc)的制备
称取丙烯酸(AAc)，溶于10ml蒸馏水，加入N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)和1-乙基-3-(3-二甲胺丙基)碳二亚胺(EDC)，室温下磁力搅拌2h后，再加入甘氨酸(Gly)继续反应24h，AAc∶Gly∶EDC∶NHS＝5mol∶5mol∶5mol∶1mol；待反应结束后倒入过量乙醇，静置析出白色晶体，将产物离心分离，弃去上清液，取沉淀在烘箱内经50℃干燥，得到乙烯基甘氨酸(Gly-AAc)。
(2)乙烯基离子液体单体的制备
分别称取乙烯基甘氨酸(Gly-AAc)、胆碱(Ch)，各溶于5mi蒸馏水，Gly-AAc∶Ch＝1mol∶1mol，用恒压滴液漏斗将胆碱溶液缓慢滴加于乙烯基甘氨酸(Gly-AAc)溶液中，在25℃下磁力搅拌反应48h；反应结束后60℃下旋蒸除水，然后将上述反应体系倒入过量乙醇，静置出现粘性固体物质，离心分离，将产物在50℃下干燥，以除去残留的乙醇和水，得到纯净的乙烯基胆碱-甘氨酸离子液体单体(Ch-Gly-AAc)。
(3)聚乙二醇(PEG)的改性
称取PEG8000(使用前在真空干燥箱内室温干燥1d)溶于10mL无水二氯甲烷中，充分溶解后加入三乙胺，PEG∶三乙胺＝1mol∶8mol，以冰浴控制温度在4℃以下，向其中滴加丙烯酰氯/二氯甲烷溶液，PEG∶丙烯酰氯＝1mol∶8mol，搅拌一段时间后，撤去冰浴，在室温下反应24h后停止反应，抽滤除去反应生成的三乙胺-盐酸盐白色沉淀，将滤液加入过量的冷乙醚中，得到大量白色沉析物，再次抽滤，将沉析产物置于真空干燥箱内干燥，去除混入的有机溶剂。将所得产物溶于水中，置于透析袋内透析。将透析液通过旋转蒸发仪浓缩，以冷冻干燥机冻干浓缩液，得到两端双键封端的聚乙二醇(PEGDA)，在-20℃密封保存。
(4)凝胶的制备
称取乙烯基胆碱-甘氨酸离子液体单体(Ch-Gly-AAc)和交联剂N，N-亚甲基双丙烯酰胺(MBAA)溶于10ml蒸馏水中，使Ch-Gly-AAc浓度为0.2mol/L，n(MBAA)/n(Ch-Gly-AAc)为6mol％，室温下搅拌，通氮气15min，加入过硫酸钾(KPS)，使n(KPS)/n(Ch-Gly-AAc)为0.5mol％，将反应液倒入玻璃模具，以胶头滴管滴入两滴2％N，N，N′，N′-四甲基乙二胺(TEMED)，室温下反应24h，制得聚离子液体凝胶P(Ch-Gly-AAc)，将所得凝胶浸泡在蒸馏水中，每天换水，除去未反应小分子。称取不同分子量的PEGDA，溶于8mL蒸馏水，构成第二网络反应液，将干燥的聚离子液体凝胶在第二反应液中充分溶胀后，反应体系转移至冰水浴中，通氮气15min，加入2mL含有过硫酸钾(KPS)的水溶液，使PEGDA浓度为2mol/L，n(KPS)/n(PEGDA)为0.5mol％，4h后将反应体系转移至25℃，以胶头滴管滴入两滴2％TEMED，反应24h后得到双网络凝胶P(Ch-Gly-AAc)/P(PEGDA)，将所得凝胶浸泡在蒸馏水中，每天换水，除去未反应小分子。
实施例4
(1)乙烯基甘氨酸(Gly-AAc)的制备
称取丙烯酸(AAc)，溶于10ml蒸馏水，加入N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)和1-乙基-3-(3-二甲胺丙基)碳二亚胺(EDC)，室温下磁力搅拌2h后，再加入甘氨酸(Gly)继续反应24h，AAc∶Gly∶EDC∶NHS＝5mol∶5mol∶5mol∶1mol；待反应结束后倒入过量乙醇，静置析出白色晶体，将产物离心分离，弃去上清液，取沉淀在烘箱内经50℃干燥，得到乙烯基甘氨酸(Gly-AAc)。
(2)乙烯基离子液体单体的制备
分别称取乙烯基甘氨酸(Gly-AAc)、胆碱(Ch)，各溶于5ml蒸馏水，Gly-AAc∶Ch＝2mol∶1mol，用恒压滴液漏斗将胆碱溶液缓慢滴加于乙烯基甘氨酸(Gly-AAc)溶液中，在25℃下磁力搅拌反应48h；反应结束后60℃下旋蒸除水，然后将上述反应体系倒入过量乙醇，静置出现粘性固体物质，离心分离，将产物在50℃下干燥，以除去残留的乙醇和水，得到纯净的乙烯基胆碱-甘氨酸离子液体单体(Ch-Gly-AAc)。
(3)聚乙二醇(PEG)的改性
称取PEG20000(使用前在真空干燥箱内室温干燥1d)溶于10mL无水二氯甲烷中，充分溶解后加入三乙胺，PEG∶三乙胺＝1mol∶6mol，以冰浴控制温度在4℃以下，向其中滴加丙烯酰氯/二氯甲烷溶液，PEG∶丙烯酰氯＝1mol∶6mol，搅拌一段时间后，撤去冰浴，在室温下反应24h后停止反应，抽滤除去反应生成的三乙胺-盐酸盐白色沉淀，将滤液加入过量的冷乙醚中，得到大量白色沉析物，再次抽滤，将沉析产物置于真空干燥箱内干燥，去除混入的有机溶剂。将所得产物溶于水中，置于透析袋内透析。将透析液通过旋转蒸发仪浓缩，以冷冻干燥机冻干浓缩液，得到两端双键封端的聚乙二醇(PEGDA)，在-20℃密封保存。
(4)凝胶的制备
称取乙烯基胆碱-甘氨酸离子液体单体(Ch-Gly-AAc)和交联剂N，N-亚甲基双丙烯酰胺(MBAA)溶于10ml蒸馏水中，使Ch-Gly-AAc浓度为0.5mol/L，n(MBAA)/n(Ch-Gly-AAc)为10mol％，室温下搅拌，通氮气15min，加入过硫酸钾(KPS)，使n(KPS)/n(Ch-Gly-AAc)为0.1mol％，将反应液倒入玻璃模具，以胶头滴管滴入两滴2％N，N，N′，N′-四甲基乙二胺(TEMED)，室温下反应24h，制得聚离子液体凝胶P(Ch-Gly-AAc)，将所得凝胶浸泡在蒸馏水中，每天换水，除去未反应小分子。称取不同分子量的PEGDA，溶于8mL蒸馏水，构成第二网络反应液，将干燥的聚离子液体凝胶在第二反应液中充分溶胀后，反应体系转移至冰水浴中，通氮气15min，加入2mL含有过硫酸钾(KPS)的水溶液，使PEGDA浓度为4mol/L，n(KPS)/n(PEGDA)为0.5mol％，4h后将反应体系转移至25℃，以胶头滴管滴入两滴2％TEMED，反应24h后得到双网络凝胶P(Ch-Gly-AAc)/P(PEGDA)，将所得凝胶浸泡在蒸馏水中，每天换水，除去未反应小分子。
实施例5
(1)乙烯基甘氨酸(Gly-AAc)的制备
称取丙烯酸(AAc)，溶于10ml蒸馏水，加入N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)和1-乙基-3-(3-二甲胺丙基)碳二亚胺(EDC)，室温下磁力搅拌2h后，再加入甘氨酸(Gly)继续反应24h，AAc∶Gly∶EDC∶NHS＝5mol∶5mol∶5mol∶1mol；待反应结束后倒入过量乙醇，静置析出白色晶体，将产物离心分离，弃去上清液，取沉淀在烘箱内经50℃干燥，得到乙烯基甘氨酸(Gly-AAc)。
(2)乙烯基离子液体单体的制备
分别称取乙烯基甘氨酸(Gly-AAc)、胆碱(Ch)，各溶于5ml蒸馏水，Gly-AAc∶Ch＝1mol∶1mol，用恒压滴液漏斗将胆碱溶液缓慢滴加于乙烯基甘氨酸(Gly-AAc)溶液中，在3℃下磁力搅拌反应48h；反应结束后60℃下旋蒸除水，然后将上述反应体系倒入过量乙醇，静置出现粘性固体物质，离心分离，将产物在50℃下干燥，以除去残留的乙醇和水，得到纯净的乙烯基胆碱-甘氨酸离子液体单体(Ch-Gly-AAc)。
(3)聚乙二醇(PEG)的改性
称取PEG35000(使用前在真空干燥箱内室温干燥1d)溶于10mL无水二氯甲烷中，充分溶解后加入三乙胺，PEG∶三乙胺＝1mol∶8mol，以冰浴控制温度在4℃以下，向其中滴加丙烯酰氯/二氯甲烷溶液，PEG∶丙烯酰氯＝1mol∶8mol，搅拌一段时间后，撤去冰浴，在室温下反应24h后停止反应，抽滤除去反应生成的三乙胺-盐酸盐白色沉淀，将滤液加入过量的冷乙醚中，得到大量白色沉析物，再次抽滤，将沉析产物置于真空干燥箱内干燥，去除混入的有机溶剂。将所得产物溶于水中，置于透析袋内透析。将透析液通过旋转蒸发仪浓缩，以冷冻干燥机冻干浓缩液，得到两端双键封端的聚乙二醇(PEGDA)，在-20℃密封保存。
(4)凝胶的制备
称取乙烯基胆碱-甘氨酸离子液体单体(Ch-Gly-AAc)和交联剂N，N-亚甲基双丙烯酰胺(MBAA)溶于10ml蒸馏水中，使Ch-Gly-AAc浓度为0.5mol/L，n(MBAA)/n(Ch-Gly-AAc)为8mol％，室温下搅拌，通氮气15min，加入过硫酸钾(KPS)，使n(KPS)/n(Ch-Gly-AAc)为0.2mol％，将反应液倒入玻璃模具，以胶头滴管滴入两滴2％N，N，N′，N′-四甲基乙二胺(TEMED)，室温下反应24h，制得聚离子液体凝胶P(Ch-Gly-AAc)，将所得凝胶浸泡在蒸馏水中，每天换水，除去未反应小分子。称取不同分子量的PEGDA，溶于8mL蒸馏水，构成第二网络反应液，将干燥的聚离子液体凝胶在第二反应液中充分溶胀后，反应体系转移至冰水浴中，通氮气15min，加入2mL含有过硫酸钾(KPS)的水溶液，使PEGDA浓度为1mol/L，n(KPS)/n(PEGDA)为0.4mol％，4h后将反应体系转移至25℃，以胶头滴管滴入两滴2％TEMED，反应24h后得到双网络凝胶P(Ch-Gly-AAc)/P(PEGDA)，将所得凝胶浸泡在蒸馏水中，每天换水，除去未反应小分子。

Claims (9)

1.一种生物医用电活性水凝胶及其制备方法，其特征在于具有高强度的力学性能，良好的生物相容性和生物降解性，优良的导电能力，所述凝胶可由下述方法制得：
(1)乙烯基甘氨酸(Gly-AAc)的制备
称取丙烯酸(AAc)，溶于10ml蒸馏水，加入N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)和1-乙基-3-(3-二甲胺丙基)碳二亚胺(EDC)，室温下磁力搅拌2h后，再加入甘氨酸(Gly)继续反应24h，AAc∶Gly∶EDC∶NHS＝5mol∶5mol∶5mol∶1mol，待反应结束后倒入过量乙醇，静置析出白色晶体，将产物离心分离，弃去上清液，取沉淀在烘箱内经50℃干燥，得到乙烯基甘氨酸(Gly-AAc)；
(2)乙烯基离子液体单体的制备
分别称取乙烯基甘氨酸(Gly-AAc)、胆碱(Ch)，各溶于5ml蒸馏水，Gly-AAc∶Ch＝2mol∶1mol～1mol∶1mol，用恒压滴液漏斗将胆碱溶液缓慢滴加于乙烯基甘氨酸(Gly-AAc)溶液中，在3℃～25℃下磁力搅拌反应48h，反应结束后60℃下旋蒸除水，然后将上述反应体系倒入过量乙醇，静置出现粘性固体物质，离心分离，将产物在50℃下干燥，以除去残留的乙醇和水，得到纯净的乙烯基胆碱-甘氨酸离子液体单体(Ch-Gly-AAc)；
(3)聚乙二醇(PEG)的改性
称取不同分子量的PEG(使用前在真空干燥箱内室温干燥1d)溶于10mL无水二氯甲烷中，充分溶解后加入三乙胺，PEG∶三乙胺＝1mol∶4mol～1mol∶8mol，以冰浴控制温度在4℃以下，向其中滴加丙烯酰氯/二氯甲烷溶液，PEG∶丙烯酰氯＝1mol∶4mol～1mol∶8mol，搅拌一段时间后，撤去冰浴，在室温下反应24h后停止反应，抽滤除去反应生成的三乙胺-盐酸盐白色沉淀，将滤液加入过量的冷乙醚中，得到大量白色沉析物，再次抽滤，将沉析产物置于真空干燥箱内干燥，去除混入的有机溶剂，将所得产物溶于水中，置于透析袋内透析，将透析液通过旋转蒸发仪浓缩，以冷冻干燥机冻干浓缩液，得到两端双键封端的聚乙二醇(PEGDA)，在-20℃密封保存；
(4)凝胶的制备
称取乙烯基胆碱-甘氨酸离子液体单体(Ch-Gly-AAc)和交联剂N，N-亚甲基双丙烯酰胺(MBAA)溶于10ml蒸馏水中，使Ch-Gly-AAc浓度为0.1mol/L～1.0mol/L，n(MBAA)/n(Ch-Gly-AAc)为1mol％～10mol％，室温下搅拌，通氮气15min，加入过硫酸钾(KPS)，使n(KPS)/n(Ch-Gly-AAc)为0.1mol％～0.5mol％，将反应液倒入玻璃模具，以胶头滴管滴入两滴2％N，N，N′，N′-四甲基乙二胺(TEMED)，室温下反应24h，制得聚离子液体凝胶P(Ch-Gly-AAc)，将所得凝胶浸泡在蒸馏水中，每天换水，除去未反应小分子；称取不同分子量的PEGDA，溶于8mL蒸馏水，构成第二网络反应液，将干燥的聚离子液体凝胶在第二反应液中充分溶胀后，反应体系转移至冰水浴中，通氮气15min，加入2mL含有过硫酸钾(KPS)的水溶液，使PEGDA浓度为1mol/L～5mol/L，n(KPS)/n(PEGDA)为0.1mol％～0.5mol％，4h后将反应体系转移至25℃，以胶头滴管滴入两滴2％TEMED，反应24h后得到双网络凝胶P(Ch-Gly-AAc)/P(PEGDA)，将所得凝胶浸泡在蒸馏水中，每天换水，除去未反应小分子。
2.根据权利要求1所述的水凝胶，其特征在于具有高强度的力学性能，良好的生物相容性和生物降解性，优良的导电能力，可用于神经组织工程、心肌组织工程等领域。
3.生物医用电活性水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
(1)乙烯基甘氨酸(Gly-AAc)的制备
称取丙烯酸(AAc)，溶于10ml蒸馏水，加入N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)和1-乙基-3-(3-二甲胺丙基)碳二亚胺(EDC)，室温下磁力搅拌2h后，再加入甘氨酸(Gly)继续反应24h，AAc∶Gly∶EDC∶NHS＝5mol∶5mol∶5mol∶1mol，待反应结束后倒入过量乙醇，静置析出白色晶体，将产物离心分离，弃去上清液，取沉淀在烘箱内经50℃干燥，得到乙烯基甘氨酸(Gly-AAc)；
(2)乙烯基离子液体单体的制备
分别称取乙烯基甘氨酸(Gly-AAc)、胆碱(Ch)，各溶于5ml蒸馏水，Gly-AAc∶Ch＝2mol∶1mol～1mol∶1mol，用恒压滴液漏斗将胆碱溶液缓慢滴加于乙烯基甘氨酸(Gly-AAc)溶液中，在3℃～25℃下磁力搅拌反应48h，反应结束后60℃下旋蒸除水，然后将上述反应体系倒入过量乙醇，静置出现粘性固体物质，离心分离，将产物在50℃下干燥，以除去残留的乙醇和水，得到纯净的乙烯基胆碱-甘氨酸离子液体单体(Ch-Gly-AAc)；
(3)聚乙二醇(PEG)的改性
称取不同分子量的PEG(使用前在真空干燥箱内室温干燥1d)溶于10mL无水二氯甲烷中，充分溶解后加入三乙胺，PEG∶三乙胺＝1mol∶4mol～1mol∶8mol，以冰浴控制温度在4℃以下，向其中滴加丙烯酰氯/二氯甲烷溶液，PEG∶丙烯酰氯＝1mol∶4mol～1mol∶8mol，搅拌一段时间后，撤去冰浴，在室温下反应24h后停止反应，抽滤除去反应生成的三乙胺-盐酸盐白色沉淀，将滤液加入过量的冷乙醚中，得到大量白色沉析物，再次抽滤，将沉析产物置于真空干燥箱内干燥，去除混入的有机溶剂，将所得产物溶于水中，置于透析袋内透析，将透析液通过旋转蒸发仪浓缩，以冷冻干燥机冻干浓缩液，得到两端双键封端的聚乙二醇(PEGDA)，在-20℃密封保存；
(4)凝胶的制备
称取乙烯基胆碱-甘氨酸离子液体单体(Ch-Gly-AAc)和交联剂N，N-亚甲基双丙烯酰胺(MBAA)溶于10ml蒸馏水中，使Ch-Gly-AAc浓度为0.1mol/L～1.0mol/L，n(MBAA)/n(Ch-Gly-AAc)为1mol％～10mol％，室温下搅拌，通氮气15min，加入过硫酸钾(KPS)，使n(KPS)/n(Ch-Gly-AAc)为0.1mol％～0.5mol％，将反应液倒入玻璃模具，以胶头滴管滴入两滴2％N，N，N′，N′-四甲基乙二胺(TEMED)，室温下反应24h，制得聚离子液体凝胶P(Ch-Gly-AAc)，将所得凝胶浸泡在蒸馏水中，每天换水，除去未反应小分子；称取不同分子量的PEGDA，溶于8mL蒸馏水，构成第二网络反应液，将干燥的聚离子液体凝胶在第二反应液中充分溶胀后，反应体系转移至冰水浴中，通氮气15min，加入2mL含有过硫酸钾(KPS)的水溶液，使PEGDA浓度为1mol/L～5mol/L，n(KPS)/n(PEGDA)为0.1mol％～0.5mol％，4h后将反应体系转移至25℃，以胶头滴管滴入两滴2％TEMED，反应24h后得到双网络凝胶P(Ch-Gly-AAc)/P(PEGDA)，将所得凝胶浸泡在蒸馏水中，每天换水，除去未反应小分子。
4.根据权利要求1，3所述一种生物医用电活性水凝胶制备方法，其特征在于所述步骤(1)中AAc∶Gly∶EDC∶NHS＝5mol∶5mol∶5mol∶1mol。
5.根据权利要求1，3所述一种生物医用电活性水凝胶制备方法，其特征在于所述步骤(3)中PEG∶三乙胺＝1mol∶4mol～1mol∶8mol。
6.根据权利要求1，3所述一种生物医用电活性水凝胶制备方法，其特征在于所述步骤(3)中PEG∶丙烯酰氯＝1mol∶4mol～1mol∶8mol。
7.根据权利要求1，3所述一种生物医用电活性水凝胶制备方法，其特征在于所述步骤(4)中Ch-Gly-AAc浓度为0.1mol/L～1.0mol/L。
8.根据权利要求1，3所述一种生物医用电活性水凝胶制备方法，其特征在于所述步骤(4)中n(MBAA)/n(Ch-Gly-AAc)为1mol％～10mol％。
9.根据权利要求1，3所述一种生物医用电活性水凝胶制备方法，其特征在于所述步骤(4)中PEGDA浓度为1mol/L～5mol/L。
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