CN108948392B - 一种改善聚乙烯醇水凝胶力学性能的方法 - Google Patents

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Abstract

本申请属于高分子材料技术领域，具体涉及一种改善聚乙烯醇水凝胶力学性能的方法。本发明所提供的方法包括：将聚乙烯醇水凝胶置于水玻璃中，于25℃～100℃下浸泡处理6h～20h。该方法可显著提升了PVA水凝胶的机械强度和改善其在多种水溶液中的力学稳定性，使其能长时间处于生理环境中，耐水性增强。经过试验证明，相较于未改善前的PVA水凝胶，采用本发明方法改善的PVA水凝胶的抗拉强度由原来的0.025Mpa分别增加到2和4.6Mpa，断裂伸长率由原来的250％增加到280％和440％。

Description

一种改善聚乙烯醇水凝胶力学性能的方法
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种改善聚乙烯醇水凝胶力学性能的方法。本发明通过将PVA水凝胶置于水玻璃中浸泡处理，显著提升了PVA水凝胶的机械强度和改善其在多种水溶液中的力学稳定性，使其能长时间处于生理环境中，耐水性增强。经过试验证明，相较于未改善前的PVA水凝胶，采用本发明方法改善的PVA水凝胶的抗拉强度由原来的0.025Mpa分别增加到2和4.6Mpa，断裂伸长率由原来的250％增加到280％和440％。
背景技术
高分子水凝胶与生物组织的结构和性能比较相似，生物相容性和生物安全性较好，因而常作为药物载体广泛应用于组织工程、药物输送、创伤敷料等多个领域，同时也在重金属和染料吸附、喷墨打印等非医学方面具有非常广泛的应用前景。
聚乙烯醇水凝胶(PVA水凝胶)是聚乙烯醇水溶液通过冷冻-解冻法凝胶化而形成的聚乙烯醇水凝胶弹性体。PVA水凝胶因其良好的生物相容性、高吸水性、毒性低等优点，倍受广泛消费者的青睐。近年来，美国食品药物监督局已经批准了几例PVA的体内应用，是比较理想的药物载体。
然而，目前的PVA水凝胶仍存在耐水性差、机械强度低和不稳定等缺点，这进一步影响着聚乙烯醇水凝胶作为药物载体在药物输送、组织工程和创伤敷料等多个领域的广泛应用。
Sun,Y.等(Preparation of high tough poly(vinyl alcohol)hydrogel bysoaking in NaCl aqueous solution.Materials Letters 2017,194,34-37)将PVA水凝胶置于盐溶液中进行浸泡处理，可有效提升其机械性能。然而，其机械性能仍然较差，且在生理环境中不能长期稳定存在，加入尿素后其机械强度迅速下降。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种PVA水凝胶的制备方法，应用于制备一种稳定性高、机械强度大的药物载体。
本发明的具体技术方案如下：
一种改善聚乙烯醇水凝胶力学性能的方法，为：将聚乙烯醇水凝胶置于水玻璃中，于25℃～100℃下浸泡处理6h～20h。
优选地，所述浸泡处理的时间为10h～14h。
优选地，所述水玻璃的波美度为40，模数为3.3。
优选地，将聚乙烯醇水凝胶置于水玻璃中，于90℃下浸泡处理12h。
优选地，所述聚乙烯醇水凝胶的制备方法包括：将聚乙烯醇溶液注模，密封，然后依次冷冻、解冻；
所述聚乙烯醇溶液中聚乙烯醇的质量百分比浓度为5％～15％。
综上所述，本发明通过将PVA水凝胶置于水玻璃中浸泡处理，显著提升了PVA水凝胶的机械强度和改善其在多种水溶液中的力学稳定性，使其能长时间处于生理环境中，耐水性增强。经过试验证明，相较于未改善前的PVA水凝胶，采用本发明方法改善的PVA水凝胶的抗拉强度由原来的0.025Mpa分别增加到2和4.6Mpa，断裂伸长率由原来的250％增加到280％和440％。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为实施例1和对比例2的改善后的PVA水凝胶，以及对比例1改善前的PVA水凝胶的应力应变曲线图；
图2为实施例16各样品浓度组的细胞生长形态图；
图3为实施例16各样品浓度组的细胞存活率。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下实施例中所采用的PVA水凝胶可为市售产品，也可为采用本领域技术人员所熟知的技术手段制备得到的产物。
实施例1
本实施例所提供的方法，具体包括以下步骤：
1、制备聚乙烯醇水凝胶(PVA水凝胶)
将PVA溶液(10％wt)注入模具中并密封，然后在-56℃下冷冻45min，再解冻6h，得到成型的PVA水凝胶。
2、PVA水凝胶的改善
将PVA水凝胶置于90℃的水玻璃(1.86mol/mL，波美度：40，模数：3.3)中浸泡处理12h，取出，得到改善后的PVA水凝胶1。
实施例2～实施例11
按表1所示，改变PVA水凝胶在水玻璃中的浸泡温度、浸泡温度：
表1
Figure BDA0001716980340000031
对比例1
取实施例1步骤1得到的成型的PVA水凝胶，作为阴性对照样品。
对比例2
本实施例和实施例1的区别在于：将水玻璃替换为1.86mol/mL硫酸钠溶液。其余地方与实施例1基本相同，此处不再一一赘述。
实施例13
取实施例1、对比例1和对比例2的产品作为检测样品，分别置于常温水中浸泡7天，然后对其进行力学性能检测，并根据结果绘制其应力应变曲线，图1为其应力应变曲线图。
和未改善前的PVA水凝胶相比，实施例1和对比例2的在常温水中浸泡7天后，其抗拉强度由原来的0.025Mpa分别增加到2和4.6Mpa，断裂伸长率由原来的250％增加到280％和440％。说明PVA水凝胶经过水玻璃和硫酸钠浸泡处理之后，将其浸泡在水中，其溶胀不明显，在水中稳定，且其机械强度相较于未改善前的PVA水凝胶都得到了明显的提升(上百倍)，水玻璃的增强效果较盐析的更为突出。
究其原因，我们发现PVA水凝胶在经过水玻璃处理之后得到了双层结构，外层是致密层，内层是取向度很高的孔道结构，外层可能使得各种溶剂分子很难进出，保护了内部结构不被侵蚀，内部的高度取向使得其强度得到了显著提升。
实施例14在水中的稳定性
取实施例1～11和对比例1的产品作为检测样品，分别在常温水中浸泡7天，然后再置于60℃水中浸泡1天，然后对其在60℃水浸泡前后的力学性能检测，其检测结果如表2所示，表明通过本发明方法改善的PVA水凝胶在水中稳定性好。
表2
Figure BDA0001716980340000041
Figure BDA0001716980340000051
实施例15在生理环境中的稳定性
取实施例1改善后的PVA水凝胶1作为检测样品，分别在常温水中浸泡7天后再置于PBS、酸液(pH＝1)、碱液(pH＝14)、尿素、NaSCN、NaSO4-NaSCN、NaSO4-pH1、NaSO4-pH14、NaSO4-PBS、NaSO4-尿素中60℃下浸泡1天，然后对其60℃浸泡前后的力学性能检测，其检测结果如表3所示。
如表3结果显示，通过本发明方法改善的PVA水凝胶，其在PBS、酸液(pH＝1)、碱液(pH＝14)、尿素、NaSCN、Na2SO4-NaSCN、Na2SO4-pH1、Na2SO4-pH14、Na2SO4-PBS和Na2SO4-尿素等多种溶液中浸泡后，其机械性能变化不大，说明本发明经过本发明方法改善后的PVA水凝胶的机械性能有所提升，反映其能在生理环境中长期稳定存在。
表3
Figure BDA0001716980340000052
Figure BDA0001716980340000061
实施例16
为了评估通过本发明方法改善得到的PVA水凝胶产品，取实施例1的PVA水凝胶1作为测试样品，采用RAW264.7巨噬细胞进行细胞毒性测试。其中，RAW264.7巨噬细胞来源于中国科学院细胞库(中国上海)；测试采用MTT法，活细胞通过氯化甲基氯化铵溶液染色，并且在自动微孔板分光光度计(赛默飞世尔全波长酶标仪，热电子仪器公司)上在570nm处读板，然后计算每个孔的细胞增殖的存活率。
将测试样品进行灭菌，然后溶解于PBS缓冲液中，倍半稀释至梯度浓度后分别加入到细胞中，待培养72h后，测量各样品浓度组的细胞存活率。其中，没有添加测试样品的设为空白组，即其样品浓度为0mg/mL。
如表4和图2所示，1mg/mL组的细胞存活率约为63.2％，对RAW264.7细胞显示出轻微的抗增殖作用。其他样品浓度对细胞生长没有抑制作用，说明通过本发明方法改善得到的PVA水凝胶产品对RAW264.7细胞几乎没有细胞毒性，其生物相容性较好。
表4
Figure BDA0001716980340000071

Claims (2)

1.一种改善聚乙烯醇水凝胶力学性能的方法，其特征在于，为：将聚乙烯醇水凝胶置于水玻璃中，于90℃下浸泡处理12h；
所述水玻璃的波美度为40，模数为3.3，浓度为1.86 mol/mL。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述聚乙烯醇水凝胶的制备方法包括：将聚乙烯醇溶液注模，密封，然后依次冷冻、解冻；
所述聚乙烯醇溶液中聚乙烯醇的质量百分比浓度为5%~15%。
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