CN110128594B - 一种温度/pH双敏型高强度纳米复合水凝胶及其制备方法 - Google Patents
一种温度/pH双敏型高强度纳米复合水凝胶及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种温度/pH双敏型高强度纳米复合水凝胶及其制备方法，该制备方法包括以下步骤：(1)从真海鞘中分离被囊素，并对其进行酸解，得到海鞘纳米纤维素(TCNCs)；(2)在TCNCs悬液中加入羟丙基甲基纤维素(HPMC)、聚乙二醇甲基丙烯酸酯(PEGMA)和丙烯酸(AAc)，并与引发剂混合，置于恒温水浴槽中反应24h，即得纳米复合水凝胶产物，冷冻干燥即得到固体产品。本发明公开反应易操作、条件温和，并且通过本发明公开的制备方法制得的纳米复合水凝胶具有高效温度/pH双敏感性及高强度，同时具有很好的生物相容性，在医疗、医药领域的药物释放系统、疾病诊断及日常监测等方面具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于水凝胶制备技术领域，涉及一种具有高效温度/pH双敏感性及高强度的纳米复合水凝胶及其制备方法。
背景技术
智能水凝胶是指在外界环境发生变化时(如温度、pH值、电场、溶剂性质、光强度和光波长、压力、离子强度等)凝胶的性质随之发生变化的一类水凝胶，此类水凝胶由于其独特的响应性，在传感器、药物传输、组织工程、酶的固定化等方面具有广泛的应用前景，其中温度和pH敏感性水凝胶是最重要、研究最为广泛的两种智能水凝胶。
温度敏感性水凝胶能随着外界温度的变化而发生性质的改变(如溶胀度、透光率等)，此类水凝胶的聚合物链中要么含有适度疏水的链段，要么同时含有亲水链段和疏水链段。温度发生改变时，这些基团间的相互作用发生改变，分子链的状态改变，这会影响高分子链间及其与水分子间的氢键相互作用，从而改变水凝胶的溶胀度或透光率，即水凝胶对温度产生响应。
pH敏感性水凝胶能随着外界pH值变化而发生性质改变(如溶胀度、形状等)，通常在凝胶的聚合物链上含有可离子化的酸性或碱性基团，如羧基、磺酸基或氨基等。当外界的pH值发生变化时，这些基团发生电离造成聚合物链内或链间氢键相互作用、离子相互作用及聚合物内外的离子浓度、聚合物与溶剂间的相互作用发生变化，从而导致凝胶网络结构发生变化，引起聚合物链蜷缩或伸展，反映在宏观上则是水凝胶发生体积相变，即对外界pH值的变化产生了响应。而温度/pH双敏感性水凝胶则能同时对温度和pH两种刺激作用响应，大大扩大了水凝胶的应用范围。
目前，所研发制备的温度/pH敏感性水凝胶主要包括化学交联水凝胶及物理交联水凝胶两大类，其敏感性都有一定的延迟性，不能快速响应环境的变化，并且化学交联的水凝胶虽然具有较高的机械强度，但化学交联剂的使用往往使其具有一定的生物毒性，大大限制了其在生物医药领域的应用。物理交联水凝胶是通过物理作用如静电作用、离子相互作用、氢键、链的缠绕等形成物理交联点的一类水凝胶，此类水凝胶一般具有较好的生物相容性，但是由于相互作用较弱，机械强度不高，很容易被破坏，限制了其应用。
而纳米复合水凝胶的出现为解决水凝胶强度低的问题带来了新的思路和方法，基于天然高分子的一些纳米填料不仅可以提高水凝胶的机械强度，还可以改善水凝胶的生物相容性，成为近年来研究的一大热点。因此，制备具有高效温度/pH敏感性及高机械强度并且无毒的纳米复合水凝胶具有很大的实用意义。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种温度/pH双敏型高强度纳米复合水凝胶。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种温度/pH双敏型高强度纳米复合水凝胶，所述纳米复合水凝胶是由引发剂受热分解产生自由基，使羟丙基甲基纤维素(HPMC)和海鞘纳米纤维素(TCNCs)表面的羟基产生活性点，进一步引发聚乙二醇甲基丙烯酸酯单体(PEGMA)和丙烯酸单体(AAc)接枝到羟丙基甲基纤维素(HPMC)和海鞘纳米纤维素(TCNCs)主链上，同时形成两种单体共聚物的分子链，穿插在羟丙基甲基纤维素(HPMC)接枝共聚物的大分子链之间，发生物理缠结或氢键作用形成半互穿网络；另外，海鞘纳米纤维素(TCNCs)均匀分散于所述半互穿网络中，与分子链间产生大量的氢键作用形成物理交联，即得本发明公开的产物纳米复合水凝胶；
所述聚乙二醇甲基丙烯酸酯单体和丙烯酸单体形成的共聚物分子链为
其中m，q为1、2、3、4…自然数；
所述羟丙基甲基纤维素(HPMC)的结构式为：
其中n，p为1、2、3、4…自然数。
具体地，本发明公开的一种温度/pH双敏型高强度纳米复合水凝胶的结构式参见本发明说明书附图1。且由附图1得知，所述纳米复合水凝胶上同时含有温度敏感的PEGMA和HPMC链段以及pH敏感的AAc链段，因此其具有温度和pH双重敏感性。且该纳米复合水凝胶的温度敏感性来源于HPMC及PEGMA分子链上亲疏水基团之间的相互作用，温度较低时，聚合物之间除简单的缠结外其他相互作用较弱，凝胶亲水性部分与水分子间具有较强的氢键作用，溶胀率高；随着温度的升高，凝胶内部疏水基团之间的相互作用增强导致聚合物链的聚集，水分子与凝胶内部氢键作用减弱，溶胀率减小。
而所述纳米复合水凝胶的pH敏感性主要来自于AAc上羧酸基团的离子化作用。低pH值时羧酸基团质子化，与HPMC、TCNCs及水凝胶其他组分的氢键作用强，水凝胶溶胀率小；高pH值时羧酸基团离子化，水凝胶溶胀率增大。
示范性的，参见说明书附图4和附图5，本发明分别公开了该纳米复合水凝胶的溶胀率随pH值和温度变化示意图。
其中，聚乙二醇甲基丙烯酸酯单体(PEGMA)的结构式如下：
以及，丙烯酸单体(AAc)的结构式如下：
优选的，所述引发剂为过硫酸钾-硫代硫酸钠、过硫酸钾、偶氮二异丁脒盐酸盐中的一种。
优选的，所述海鞘纳米纤维素(TCNCs)是通过如下步骤制备：从真海鞘中分离被囊素，并用硫酸进行水解，静置一段时间后离心，然后用去离子水透析至中性，得到均匀的所述海鞘纳米纤维素悬液，随后将制得的海鞘纳米纤维素悬液用冷冻干燥机冻干，便得到干燥的白色絮状所述海鞘纳米纤维素(TCNCs)。
更为优选的，所用硫酸为60％的硫酸溶液；且所用透析袋的规格为MD44(1000)。
示范性的，参见说明书附图2，本发明通过扫描电镜对海鞘纳米纤维素(TCNCs)进行了形貌表征。
本发明的另一目的是提供一种上述一种温度/pH双敏型高强度纳米复合水凝胶的制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种温度/pH双敏型高强度纳米复合水凝胶的制备方法，所述方法具体包括如下步骤：
(1)制备海鞘纳米纤维素(TCNCs)：从真海鞘中分离被囊素，并用硫酸进行水解，静置一段时间后离心，然后用去离子水透析至中性，得到均匀的所述海鞘纳米纤维素悬液，随后将制得的海鞘纳米纤维素悬液用冷冻干燥机冻干，便得到干燥的白色絮状所述海鞘纳米纤维素(TCNCs)；
(2)制备海鞘纳米纤维素(TCNCs)悬液：室温下将步骤(1)所制得的海鞘纳米纤维素(TCNCs)均匀分散在去离子水中，制备不同质量分数的海鞘纳米纤维素悬液；
(3)交联反应混合物：将羟丙基甲基纤维素(HPMC)均匀分散在步骤(2)的海鞘纳米纤维素悬液体系中，随后依次加入单体聚乙二醇甲基丙烯酸酯(PEGMA)和单体丙烯酸(AAc)，待完全溶解后，加入预先用水溶解的引发剂，搅拌均匀并通氮除氧15～30min，得到交联反应混合物；
(4)交联反应：将步骤(3)得到的反应混合物移入模具中，抽真空5min，并密封置于40℃～65℃恒温反应22～48小时，得到纳米复合水凝胶；
(5)后续处理：从模具中取出步骤(4)得到的块状纳米复合水凝胶并剪切成片状，随后浸泡清洗、干燥便得到本发明公开的一种温度/pH双敏型高强度纳米复合水凝胶。
通过采用上述技术方案，本发明的有益效果如下：
本发明公开的制备方法采用了溶液聚合的方法，不仅混合和散热简便，生产操作和温度都易于控制，而且反应条件温和，对体系的纯净度、耐受度高，并且成本低、易操作，适于推广。
优选的，所述步骤(2)中，所述海鞘纳米纤维素(TCNCs)占海鞘纳米纤维素悬液总质量的质量分数为0～3.75％。
优选的，所述步骤(3)中，所述羟丙基甲基纤维素占反应混合物体系总质量的质量分数为2.66～5.32％。
优选的，所述步骤(3)中，所述单体聚乙二醇甲基丙烯酸酯(PEGMA)和单体丙烯酸(AAc)的质量比为60:40～80:20。
优选的，所述步骤(3)中，所述引发剂为过硫酸钾-硫代硫酸钠、过硫酸钾、偶氮二异丁脒盐酸盐中的一种，且所述引发剂占反应混合物体系总质量的质量分数为0.10-0.40％。
优选的，所述步骤(5)中的浸泡清洗步骤为：将片状纳米复合水凝胶置于去离子水中浸泡3～5天，期间每隔3～5h更换一次水。
需要说明的是，作为优选方案，将片状纳米复合水凝胶置于去离子水中浸泡4天，以除去未反应的单体，期间每隔4h换一次水。并且将除去未反应单体的纳米复合水凝胶采用冷冻干燥的方式干燥至恒重，便得到本发明公开的一种温度/pH双敏型高强度纳米复合水凝胶。
示范性的，本发明最优选的制备方案为：
一种温度/pH双敏型高强度纳米复合水凝胶的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤(1)：从真海鞘中分离被囊素，并用硫酸进行水解，静置一段时间后离心，然后用去离子水透析至中性，得到均匀的海鞘纳米纤维素悬液；
步骤(2)：将步骤(1)制得的海鞘纳米纤维素悬液用冷冻干燥机冻干，得到干燥的白色絮状海鞘纳米纤维素(TCNCs)；
步骤(3)：室温下，称取一定质量的步骤(2)所制得的TCNCs溶于4mL去离子水中，搅拌过夜并超声10min，制备不同质量分数的TCNCs悬液；
步骤(4)：将一定质量的羟丙基甲基纤维素(HPMC)加入步骤(3)体系中，搅拌并混合均匀；
步骤(5)：将一定质量比的单体聚乙二醇甲基丙烯酸酯(PEGMA)和单体丙烯酸(AAc)依次加入步骤(4)体系中，混合均匀；
步骤(6)：将一定质量的过硫酸钾-硫代硫酸钠氧化还原引发剂溶于1mL去离子水中；
步骤(7)：将步骤(5)所制得的单体混合物及步骤(6)所得的引发剂溶液混合，磁子搅拌均匀并通氮气除氧15min；
步骤(8)：将步骤(7)准备好的反应混合物倒入直径为5mm，长度为80mm的小试管中，抽真空5min，然后用密封膜密封；
步骤(9)：将步骤(8)的小试管置于恒温水浴槽中，恒温下反应24h；
步骤(10)：反应结束后，从水槽中取出小试管，将充满凝胶的小试管小心地敲碎，取出合成好的块状凝胶并剪切成片状，置于去离子水中浸泡4天，以除去未反应的单体，期间每隔4h换一次水；
步骤(11)；除去未反应的单体后，采用冷冻干燥的方法将水凝胶干燥至恒重，即得到目标产物，一种具有高效温度/pH双敏感性及高强度的纳米复合水凝胶。
上述制备方法中，步骤(1)中所用硫酸为60％的硫酸溶液。
上述制备方法中，步骤(1)中所用透析袋规格为MD44(1000)。
上述制备方法中，步骤(3)所用被囊纤维素纳米晶须(TCNCs)占海鞘纳米纤维素悬液总质量的质量分数为0～3.75％。
上述制备方法中，步骤(4)所用羟丙基甲基纤维素(HPMC)占反应混合物体系总质量的质量分数为2.66～5.32％。
上述制备方法中，步骤(5)所用单体聚乙二醇甲基丙烯酸酯(PEGMA)和单体丙烯酸(AAc)的单体质量比的范围为60:40-80:20。
上述制备方法中，步骤(6)所用过硫酸钾-硫代硫酸钠氧化还原引发剂占反应混合物体系总质量的质量浓度为0.10-0.40％。
上述制备方法中，步骤(9)恒温水浴槽的温度为40℃～65℃。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明提供了一种温度/pH双敏型高强度纳米复合水凝胶及其制备方法，具有如下的优良效果：
1.本发明公开利用的HPMC廉价易得、具有良好的生物相容性、可降解性，使用安全、绿色环保。
2.本发明公开利用的TCNCs来源广泛，具有良好的生物相容性和可降解性，绿色环保；同时TCNCs具有较高的长径比和机械模量，是理想的纳米增强填料。
3.本发明采用水溶液自由基聚合，不仅混合和散热简便，生产操作和温度都易于控制，而且反应条件温和，对体系的纯净度、耐受度高，成本低、易操作。
4.本发明公开制备的纳米复合水凝胶同时含有温度敏感性单体PEGMA和pH敏感性单体AAc，因此具有温度、pH双重敏感性，在低温或高pH条件下具有高溶胀率，而在高温或低pH条件下溶胀率下降。
5.本发明公开制备的纳米复合水凝胶中含有大量的TCNCs及羧酸基团，能够形成大量的氢键结合点，所以凝胶内部具有很强的物理交联作用，且水凝胶具有很强的机械性能。相对于化学交联的水凝胶，本发明公开的纳米复合水凝胶具有更好的生物相容性。
综合上述诸多优异特点表明，本发明适于工业化生产，并且具有广泛的应用前景。
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为本发明制备的纳米复合水凝胶的结构示意图。
图2为本发明制备的TCNCs的形貌，其中图2(a)为TCNCs悬液的宏观形貌，图2(b)为TCNCs的扫描电镜(SEM)图。
图3为本发明反应物质的红外(FT-IR)图谱，其中图3(A)为PEGMA的红外(FT-IR)图谱，图3(B)为AAc的红外(FT-IR)图谱，图3(C)为HPMC的红外(FT-IR)图谱，图3(D)为TCNCs的红外(FT-IR)图谱，图3(E)为纳米复合水凝胶的红外(FT-IR)图谱。
图4为本发明纳米复合水凝胶的平衡溶胀率随pH值的变化图。
图5为本发明纳米复合水凝胶的平衡溶胀率随温度的变化图。
图6为本发明纳米复合水凝胶的压缩应力-应变曲线图。
图7为本发明纳米复合水凝胶的浸提液培养小鼠成纤维细胞系(3T3)及宫颈癌细胞系(Hela)细胞的细胞存活率数据。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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。
本发明实施例公开了一种反应条件温和，易于控制且成本低的温度/pH双敏型高强度纳米复合水凝胶及其制备方法。
为更好地理解本发明，下面通过以下实施例对本发明作进一步具体的阐述，但不可理解为对本发明的限定，对于本领域的技术人员根据上述发明内容所作的一些非本质的改进与调整，也视为落在本发明的保护范围内。
本发明公开了一种温度/pH双敏型高强度纳米复合水凝胶，所述纳米复合水凝胶是由引发剂受热分解产生自由基，使羟丙基甲基纤维素(HPMC)和海鞘纳米纤维素(TCNCs)表面的羟基产生活性点，进一步引发聚乙二醇甲基丙烯酸酯单体(PEGMA)和丙烯酸单体(AAc)接枝到羟丙基甲基纤维素(HPMC)和海鞘纳米纤维素(TCNCs)主链上，同时形成两种单体共聚物的分子链，穿插在羟丙基甲基纤维素(HPMC)接枝共聚物的大分子链之间，发生物理缠结或氢键作用形成半互穿网络；另外，海鞘纳米纤维素(TCNCs)均匀分散于这种半互穿网络中，与分子链间产生大量的氢键作用形成物理交联，即得本发明公开的产物纳米复合水凝胶；
所述聚乙二醇甲基丙烯酸酯单体和丙烯酸单体形成的共聚物分子链为
其中m，q为1、2、3、4…自然数；
所述羟丙基甲基纤维素(HPMC)的结构式为：
其中n，p为1、2、3、4…自然数。
为了进一步优化上述技术方案，所述引发剂为过硫酸钾-硫代硫酸钠、过硫酸钾、偶氮二异丁脒盐酸盐中的一种。
为了进一步优化上述技术方案，所述海鞘纳米纤维素(TCNCs)是通过如下步骤制备：从真海鞘中分离被囊素，并用硫酸进行水解，静置一段时间后离心，然后用去离子水透析至中性，得到均匀的所述海鞘纳米纤维素悬液，随后将制得的海鞘纳米纤维素悬液用冷冻干燥机冻干，便得到干燥的白色絮状所述海鞘纳米纤维素(TCNCs)。
本发明还公开了一种温度/pH双敏型高强度纳米复合水凝胶的制备方法，具体步骤包括：
(1)制备海鞘纳米纤维素(TCNCs)：从真海鞘中分离被囊素，并用硫酸进行水解，静置一段时间后离心，然后用去离子水透析至中性，得到均匀的所述海鞘纳米纤维素悬液，随后将制得的海鞘纳米纤维素悬液用冷冻干燥机冻干，便得到干燥的白色絮状所述海鞘纳米纤维素(TCNCs)；
(2)制备海鞘纳米纤维素(TCNCs)悬液：室温下将步骤(1)所制得的海鞘纳米纤维素(TCNCs)均匀分散在去离子水中，制备不同质量分数的海鞘纳米纤维素悬液；
(3)交联反应混合物：将羟丙基甲基纤维素(HPMC)均匀分散在步骤(2)的海鞘纳米纤维素悬液体系中，随后依次加入单体聚乙二醇甲基丙烯酸酯(PEGMA)和单体丙烯酸(AAc)，待完全溶解后，加入预先用水溶解的引发剂，搅拌均匀并通氮除氧15～30min，得到交联反应混合物；
(4)交联反应：将步骤(3)得到的反应混合物移入模具中，抽真空5min，并密封置于40℃～65℃恒温反应22～48小时，得到纳米复合水凝胶；
(5)后续处理：从模具中取出步骤(4)得到的块状纳米复合水凝胶并剪切成片状，随后浸泡清洗、干燥便得到本发明公开的一种温度/pH双敏型高强度纳米复合水凝胶。
为了进一步优化上述技术方案，所述步骤(2)中，所述海鞘纳米纤维素(TCNCs)占海鞘纳米纤维素悬液总质量的质量分数为0～3.75％。
为了进一步优化上述技术方案，所述步骤(3)中，所述羟丙基甲基纤维素占反应混合物体系总质量的质量分数为2.66～5.32％。
为了进一步优化上述技术方案，所述步骤(3)中，所述单体聚乙二醇甲基丙烯酸酯(PEGMA)和单体丙烯酸(AAc)的质量比为60:40～80:20。
为了进一步优化上述技术方案，所述步骤(3)中，所述引发剂为过硫酸钾-硫代硫酸钠、过硫酸钾、偶氮二异丁脒盐酸盐中的一种，且所述引发剂占反应混合物体系总质量的质量分数为0.10-0.40％。
为了进一步优化上述技术方案，所述步骤(5)中的浸泡清洗步骤为：将片状纳米复合水凝胶置于去离子水中浸泡3～5天，期间每隔3～5h更换一次水。
下面，将结合具体实施例，对本发明的技术方案进行进一步的说明。
实施例1
一种温度/pH双敏型高强度纳米复合水凝胶的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤(1)，从真海鞘中分离被囊素，并用酸进行水解，静置一段时间后离心，然后用去离子水透析至中性，得到均匀的海鞘纳米纤维素悬液。
步骤(2)，将步骤(1)制得的海鞘纳米纤维素悬液用冷冻干燥机冻干，得到干燥的白色絮状海鞘纳米纤维素(TCNCs)。
步骤(3)，室温下，将0.05g步骤(2)制得的冻干TCNCs溶于4mL去离子水中，搅拌过夜并超声10min，制备均匀的TCNCs悬液。
步骤(4)，将0.3g的HPMC加入步骤(3)体系中，搅拌并混合均匀。
步骤(5)，将单体PEGMA和单体AAc(质量比为70:30)依次加入步骤(4)体系中，混合均匀。
步骤(6)，将过硫酸钾-硫代硫酸钠氧化还原引发剂(质量为反应混合物体系总质量的0.20％)溶于1mL去离子水中。
步骤(7)，将步骤(5)所制得的单体混合物及步骤(6)所得的引发剂溶液混合，磁子搅拌均匀并通氮气除氧15min。
步骤(8)，将步骤(7)准备好的反应混合物倒入直径为5mm，长度为80mm的小试管中，抽真空5min，然后用密封膜密封。
步骤(9)，将步骤(8)的小试管置于恒温水浴槽中，恒温下反应24h。
步骤(10)，反应结束后，从水槽中取出小试管，将充满凝胶的小试管小心地敲碎，取出合成好的块状凝胶并剪切成片状，置于去离子水中浸泡4天，以除去未反应的单体，期间每隔4h换一次水。
步骤(11)，除去未反应的单体后，采用冷冻干燥的方法将水凝胶干燥至恒重，即得到目标产物，一种具有高效温度/pH双敏感性及高强度的纳米复合水凝胶。
实施例2
如实施例1所述，所不同的是改变TCNCs的质量为0.15g，其他制备工艺条件及工艺参数不变，所制得一种具有高效温度/pH双敏感性及高强度的纳米复合水凝胶。
实施例3
如实施例1所述，所不同的是改变的单体PEGMA和AAc的质量比为60：40，其他制备工艺条件及工艺参数不变，所制得一种具有高效温度/pH双敏感性及高强度的纳米复合水凝胶。
实施例4
如实施例1所述，所不同的是改变引发剂为过硫酸钾，其他工艺条件及工艺参数不变，所制得一种具有高效温度/pH双敏感性及高强度的纳米复合水凝胶。
实施例5
如实施例1所述，所不同的是改变引发剂为偶氮二异丁脒盐酸盐，其他工艺条件及工艺参数不变，所制得一种具有高效温度/pH双敏感性及高强度的纳米复合水凝胶。
实施例6
如实施例1所述，所不同的是改变引发剂的质量为反应混合物体系总质量的0.40％，其他工艺条件及工艺参数不变，所制得一种具有高效温度/pH双敏感性及高强度的纳米复合水凝胶。
实施例7
如实施例1所述，所不同的是改变单体HPMC的质量为0.4g，其他工艺条件及工艺参数不变，所制得一种具有高效温度/pH双敏感性及高强度的纳米复合水凝胶。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本发明内容不仅限于上述各实施例的内容，其中一个或几个实施例的组合同样也可以实现本发明目的。
为了进一步验证本发明的优异效果，发明人还进行了如下表征：
(一)海鞘纳米纤维素悬液的宏观及微观形貌表征：如附图2(a)所示，所述海鞘纳米纤维素可以很好地分散在水溶液中，形成均匀稳定的悬浮液。如附图2(b)所示，所述海鞘纳米纤维素呈现规则的棒状结构，经测量可知，TCNCs的直径约为40～60nm，长度约为2～3μm，长径比约为40～60。
(二)水凝胶的红外光谱分析：对反应物质及所述水凝胶进行红外测试，如附图3所示。其中，图3(A)为PEGMA的红外(FT-IR)图谱，图3(B)为AAc的红外(FT-IR)图谱，图3(C)为HPMC的红外(FT-IR)图谱，图3(D)为TCNCs的红外(FT-IR)图谱，图3(E)为纳米复合水凝胶的红外(FT-IR)图谱。对比PEGMA、AAc及纳米复合水凝胶的红外谱图，发现PEGMA和AA谱图中双键的伸缩振动峰(1634cm-1左右)消失，表明PEGMA和AAc之间发生了共聚反应，另外水凝胶的羟基振动峰变宽，表明水凝胶中形成了许多强氢键作用。
(三)水凝胶的pH敏感性分析：称取一定质量(M0)的实施例1所述冻干纳米复合水凝胶，置于不同pH值的缓冲溶液中溶胀至平衡，并称量湿重(M)，用如下公式计算水凝胶在不同pH值下的平衡溶胀率(ESR)：
ESR＝(M－M0)/M0 (1)
如附图4所示，水凝胶的平衡溶胀率随pH值的增大而增大，且在pH＝3～7范围内，水凝胶溶胀率变化十分明显，可见所述纳米复合水凝胶具有优良的pH敏感性。
(四)水凝胶的温度敏感性分析：称取一定质量(M0)的实施例1所述冻干纳米复合水凝胶，置于不同温度的去离子水中溶胀至平衡，并称量湿重(M)，用公式(1)计算水凝胶在不同温度下的平衡溶胀率(ESR)。
如附图5所示，在20℃～60℃范围内，水凝胶的平衡溶胀率随温度的增大而减小，可见所述纳米复合水凝胶具有优良的温度敏感性。
(五)水凝胶的压缩性能分析：将实施例1所述纳米复合水凝胶置于去离子水中溶胀至平衡，并制成直径约17mm，厚度约5mm的圆柱体，置于万能试验机上进行压缩测试。
如附图6所示，随压缩应变的增大，所述纳米复合水凝胶的压缩应力逐渐增大，且水凝胶压缩到原始高度的90％也未发生破裂，并且当压缩应变达到70％时，水凝胶的压缩强度可达到0.996MPa，可见所述纳米复合水凝胶具有高强度。
(六)水凝胶的细胞毒性分析：将实施例1所述纳米复合水凝胶用紫外灯灭菌15min后，浸入DMEM液体培养基中48h以获得水凝胶浸提液，并用浸提液培养小鼠胚胎成纤维细胞系(3T3)和宫颈癌细胞系(Hela)，然后采用MTT法检测细胞存活率。
如附图7所示，所述纳米复合水凝胶浸提液培养的3T3和Hela细胞的细胞存活率均达到90％以上，可见水凝胶具有较低的细胞毒性和良好的生物相容性。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的方法而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (6)
1.一种温度/pH双敏型高强度纳米复合水凝胶，其特征在于，所述纳米复合水凝胶的制备方法具体包括如下步骤：
（1）制备海鞘纳米纤维素：从真海鞘中分离被囊素，并用硫酸进行水解，静置一段时间后离心，然后用去离子水透析至中性，得到均匀的所述海鞘纳米纤维素悬液，随后将制得的海鞘纳米纤维素悬液用冷冻干燥机冻干，便得到干燥的白色絮状所述海鞘纳米纤维素；
（2）制备海鞘纳米纤维素悬液：室温下将步骤（1）所制得的海鞘纳米纤维素均匀分散在去离子水中，制备海鞘纳米纤维素悬液；
（3）交联反应混合物：将羟丙基甲基纤维素均匀分散在步骤（2）的海鞘纳米纤维素悬液体系中，随后依次加入单体聚乙二醇甲基丙烯酸酯和单体丙烯酸，待完全溶解后，加入预先用水溶解的引发剂，搅拌均匀并通氮除氧15~30min，得到交联反应混合物；
（4）交联反应：将步骤（3）得到的反应混合物移入模具中，并密封置于40℃~65℃恒温反应22~48小时，得到纳米复合水凝胶；
（5）后续处理：从模具中取出步骤（4）得到的块状纳米复合水凝胶并剪切成片状，随后浸泡清洗、干燥便得到所述的一种温度/pH双敏型高强度纳米复合水凝胶。
2.根据权利要求1所述的一种温度/pH双敏型高强度纳米复合水凝胶，其特征在于，所述步骤（2）中，所述海鞘纳米纤维素占海鞘纳米纤维素悬液总质量的质量分数为0~3.75%，且含量不为0。
3.根据权利要求1所述的一种温度/pH双敏型高强度纳米复合水凝胶，其特征在于，所述步骤（3）中，所述羟丙基甲基纤维素占反应混合物体系总质量的质量分数为2.66~5.32%。
4.根据权利要求1或3所述的一种温度/pH双敏型高强度纳米复合水凝胶，其特征在于，所述步骤（3）中，所述单体聚乙二醇甲基丙烯酸酯和单体丙烯酸的质量比为60:40~80:20。
5.根据权利要求4所述的一种温度/pH双敏型高强度纳米复合水凝胶，其特征在于，所述步骤（3）中，所述引发剂为过硫酸钾-硫代硫酸钠、过硫酸钾、偶氮二异丁脒盐酸盐中的一种，且所述引发剂占反应混合物体系总质量的质量分数为0.1~0.4%。
6.根据权利要求1所述的一种温度/pH双敏型高强度纳米复合水凝胶，其特征在于，所述步骤（5）中的浸泡清洗步骤为：将片状纳米复合水凝胶置于去离子水中浸泡3~5天，期间每隔3~5h更换一次水。
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