CN110054784A - 一种自愈合水凝胶的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种自愈合水凝胶的制备方法，属于生物医用高分子材料技术领域。该制备方法是将多巴胺加入到碱性溶液中使多巴胺自聚合形成多巴胺预聚体。然后，将N,N'‑亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸铵、丙烯酸、N,N,N',N'‑四甲基乙二胺加入其中，使其自由基聚合形成水凝胶。与现有技术相比，本发明制备的自愈合水凝胶，操作简单、条件易于控制、可工业化生产、反应条件温和、低成本。可根据实际情况需要，制备出具有不同粘附特性及拉伸性能的水凝胶。

Description

一种自愈合水凝胶的制备方法
技术领域
本发明涉及一种自愈合水凝胶的制备方法，属于生物医用高分子材料技术领域。
背景技术
具有高吸水性以及与人体组织极为相似的粘附水凝胶是一种重要的生物材料，它在皮肤修复、伤口敷料、伤口缝合和可穿戴设备等多个领域具有广泛的应用前景。与目前外科手术中的缝合术相比，粘附水凝胶具有优异的伤口覆盖和组织再生特性，而缝合术是一种耗时较长、需要专业技能的伤口处理方法，它可能会引起炎症反应，继而诱导伤口感染形成疤痕或伤口肿胀。因此，开发具有操作简单、安全可靠的组织粘附剂是非常重要的。
聚丙烯酸是一种亲水性较强的聚合物，因其具有良好的生物相容性和力学性能，而被广泛用于制备水凝胶等生物医用材料；与此同时，聚丙烯酸含有大量羧基，容易形成分子间氢键，是制备自愈型水凝胶的重要原料。但是，它组织粘附性较差，这极大地限制了它的应用范围，如何提高其粘附性是一个重要的挑战。
近年来，贻贝足丝蛋白的超强粘附行为受到了学者的广泛关注，成为仿生学、材料学、生物学、生物医学等领域的研究热点。随着研究的深入，研究者们发现儿茶酚基团是这类粘附材料的关键基团，从而兴起含儿茶酚基团衍生物粘附材料的研究，并且制备出了一些具有高粘性和韧性的水凝胶。但是，到目前为止，以聚丙烯酸为基体的高粘附性、高韧性、高拉伸和自愈性的水凝胶国内外未见报道。我们将具有超强粘附特性的多巴胺原位复合在聚丙烯酸的弹性网络中，提高聚丙烯酸水凝胶的粘附性以及其它力学性能，从而拓展其应用领域。
发明内容
本发明针对已有技术的不足，提出了一种操作简单、条件易于控制、可工业化生产、反应条件温和、低成本，具有高韧性、高拉伸、高粘性及自愈合性能的水凝胶制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
1、反应物组份配比：
2、制备方法
首先，将多巴胺加入到pH＝8～14的碱性溶液中，在室温下搅拌溶解，并使多巴胺自聚合形成多巴胺预聚体。然后，将N,N'-亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸铵、丙烯酸、N,N,N',N'-四甲基乙二胺加入其中，使其自由基聚合形成水凝胶。
所述的多巴胺自聚合，自聚合时间为3～60min。
所述的自由基聚合，其温度为15～100℃，聚合时间为10min～120h。
制备方法中所用的材料为常用生物医用材料的原材料，符合医用材料的卫生标准，具有无毒和良好的生物相容性。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、可以方便地制备一种高韧性、高拉伸、高粘性及自愈合水凝胶，操作简单、条件易于控制、可工业化生产、反应条件温和、低成本。
2、本发明上述方法制备一种高韧性、高拉伸、高粘性及自愈合水凝胶，可根据实际情况需要，制备出具有不同粘附特性及拉伸性能的水凝胶。
附图说明
图1为本发明的实施例1制得的一种自愈合水凝胶的粘附性能照片。
图2为本发明的实施例1制得的一种自愈合水凝胶的拉伸性能照片。
图3为本发明的实施例1制得的一种自愈合水凝胶的柔韧性能照片。
图4为本发明的实施例1制得的一种自愈合水凝胶的自愈合性能照片。
具体实施方式
本发明结合附图，以实施例方式作进一步描述。
图1中，经过该自愈合水凝胶粘附的玻璃片能承受1658.03g重量的物体，进而表明其具有优异的粘附性能。
图2中，自愈合水凝胶拉伸后其伸长量为原先的4倍以上，显示了其良好的拉伸效果。
图3中，自愈合水凝胶粘附于手套上，通过手指的弯曲带动其发生形变，其弯曲角度大于90°，且能任意方向弯曲不发生断裂，松开后能恢复原貌，故而展现出该方法制备的水凝胶具有较好的柔韧性能。
图4中，被割断的水凝胶被放在一起，在一定的时间内能够自愈合形成完整的水凝胶，拉伸后未发现任何断裂的地方，表明该水凝胶有较好的自愈合效果。
实施例1
将0.01g多巴胺溶于pH＝14的NaOH水溶液中，常温搅拌预聚10min；然后，加入0.25g过硫酸铵、0.003g N,N'-亚甲基双丙烯酰胺和2.5g丙烯酸单体，充分溶解后，加入20μL N,N,N',N'-四甲基乙二胺，搅拌均匀，于80℃水浴中反应1h，使丙烯酸单体和多巴胺聚合完全，从而得到具有粘附、拉伸、韧性和自愈合性能的水凝胶。
经测定，自愈合水凝胶粘附的玻璃片(粘附面积3.5mm2)能承受超过1658g质量的物体，自愈合水凝胶能任意方向弯曲不发生断裂，解除弯曲力后迅速恢复原状，它的拉伸伸长率超过4。
实施例2
将0.09g多巴胺溶于pH＝10的KOH水溶液中，常温搅拌预聚10min，然后，加入0.3g过硫酸铵、0.015g N,N'-亚甲基双丙烯酰胺和7g丙烯酸单体，使其充分溶解后，加入800μLN,N,N',N'-四甲基乙二胺，搅拌均匀，于90℃水浴中反应0.5h，使丙烯酸单体和多巴胺聚合完全，从而得到具有粘附、拉伸、韧性和自愈合性能的水凝胶。
实施例3
将0.001g多巴胺溶于pH＝8的Na2CO3水溶液中，常温搅拌预聚50min，然后，加入0.09g过硫酸铵、0.005g N,N'-亚甲基双丙烯酰胺和1.5g丙烯酸单体，使其充分溶解后，加入15μL N,N,N',N'-四甲基乙二胺，搅拌均匀，于20℃水浴中反应80h，使丙烯酸单体和多巴胺聚合完全，从而得到具有粘附、拉伸、韧性和自愈合性能的水凝胶。
实施例4
将0.05g多巴胺溶于pH＝10的NaHCO3水溶液中，常温搅拌预聚30min，然后，加入0.15g过硫酸铵、0.06g N,N'-亚甲基双丙烯酰胺和7g丙烯酸单体，使其充分溶解后，加入50μL N,N,N',N'-四甲基乙二胺，搅拌均匀，于60℃水浴中反应2h，使丙烯酸单体和多巴胺聚合完全，从而得到具有粘附、拉伸、韧性和自愈合性能的水凝胶。
实施例5
将0.02g多巴胺溶于pH＝13的KOH水溶液中，常温搅拌预聚45min，然后，加入0.3g过硫酸铵、0.03g N,N'-亚甲基双丙烯酰胺和5g丙烯酸单体，使其充分溶解后，加入25μL N,N,N',N'-四甲基乙二胺，搅拌均匀，于50℃水浴中反应5h，使丙烯酸单体和多巴胺聚合完全，从而得到具有粘附、拉伸、韧性和自愈合性能的水凝胶。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (4)

1.一种自愈合水凝胶的制备方法，其特征是，包括如下步骤：
1)反应物组份配比：
2)制备方法
首先，将多巴胺加入到碱性溶液中，在室温下搅拌溶解，并使多巴胺自聚合形成多巴胺预聚体，然后将N,N'-亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸铵、丙烯酸、N,N,N',N'-四甲基乙二胺加入其中，使其自由基聚合形成水凝胶。
2.根据权利要求1所述的一种自愈合水凝胶的制备方法，其特征是所述的多巴胺自聚合，自聚合时间为3～60min。
3.根据权利要求1所述的一种自愈合水凝胶的制备方法，其特征是所述的自由基聚合，其温度为15～100℃，聚合时间为10min～120h。
4.根据权利要求1所述的一种自愈合水凝胶的制备方法，其特征是碱性溶液的pH＝8～14。
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