CN111019195B - 自愈合水凝胶及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种自愈合水凝胶及其制备方法。所述自愈合水凝胶由咔唑改性醛基化透明质酸钠、酰肼化透明质酸钠和去离子水组成，强度为1000～100000cps。本发明提供的自愈合水凝胶的制备方法为：配制透明质酸钠、去离子水和高碘酸钠的第一混合溶液，进行醛基化反应得到醛基化透明质酸钠；然后，配制醛基化透明质酸钠、非质子溶剂和咔唑的第二混合溶液，加入活化剂和共用剂，调节pH值，进行咔唑接枝反应得到咔唑改性接枝醛基化透明质酸钠；最后，将制备的咔唑改性接枝醛基化透明质酸钠、酰肼化透明质酸钠和去离子水按照预定比例混合均匀，得到自愈合水凝胶。本发明制备的自愈合水凝胶具备优异的自愈合性能和生物相容性，还具备特殊的光电特性。

Description

自愈合水凝胶及其制备方法
技术领域
本发明涉及水凝胶材料制备技术领域，尤其涉及一种自愈合水凝胶及其制备方法。
背景技术
随着科技的不断发展，医学领域对非药物的治疗方法越来越重视和看好。在许多的非药物治疗方法中，利用光线治疗法来防治人类的各种疾病已经较为普遍地在临床中使用。
在组织修复的过程中往往会伴随着黏膜炎和周围炎等并发症，对组织的修复产生阻碍，给患者带来巨大的痛苦。为了解决这个问题，医疗上采用紫外线、红外线和可见光等光源来治疗包括炎症、肿瘤、癌症、抑郁症等多种疾病。光线疗法是利用光(红外线、紫外线、可见光等光源)的辐射能作用于人体，以达到治疗和预防疾病的一种物理疗法。其中，红外线的波长长，量子能量低，主要产生生物学上的热效应，使得细胞活力加强，有利于组织再生修复，加快渗出物的吸收，有利于炎症的控制和消散。可见光具有较大的电子能，被组织吸收后可使分子原子中的电子激发，产生光化学反应，提高治疗局部创面内吞噬细胞功能，促进组织再生，有利于创面组织的修复，从而加速创面愈合等多方面的生物效应。
咔唑类化合物是一种应用广泛的活性小分子，它们可以作为工业染料的合成原料、可以作为有机非线性光学材料的结构单元、可以用作农用杀虫剂的稳定剂，也可以用于合成特种树脂。研究发现阳离子咔唑可以稳定细胞四联体结构的端粒，抑制端粒酶活性，有潜在的抗肿瘤活性。而且，咔唑分子是一种典型的含N芳香杂环化合物，具有多个化学反应的活性位点，可进行多种修饰，得到大量具有优异光电性能的咔唑衍生物。咔唑及其衍生物属于富电子体系，不仅具有较大的共轭体系还具有较强的载流子传输能力，是一类新型光电材料。咔唑基团在紫外区有较强吸收，其能隙约为3.2eV，可以设计为蓝色、绿色等多种发光材料。
和惠朋在2014年9月17日发表的硕士论文《新型席夫碱酞菁锌的合成及性能研究》中，公开合成了一种咔唑修饰的酞菁锌，表现出优良的光电性能。然而，这种咔唑修饰的酞菁锌是通过生成毒性的氧自由基或单线态氧来杀死病变细胞或肿瘤，治疗的同时，对周围组织细胞也产生一定危害。
透明质酸水凝胶是透明质酸与相应交联剂交联，形成具有一定的生物相容性可降解以及无毒、亲水性强的水凝胶，在再生医学领域广泛应用与研究、可降解以及无免疫原性的水凝胶，在再生医学领域广泛应用与研究。同时，透明质酸水凝胶也是一种优异的生物相容性载体，可以对其进行特定功能的改性，用以满足实际应用的需求。
申请号为CN201680019908.4的发明专利公开了一种具有可调光学性质的水凝胶颗粒以及使用其的方法。该发明专利公开了包含聚合的单体并且具有至少一个表面的水凝胶颗粒。水凝胶颗粒具有的至少一种光学性质基本上相似于靶细胞的至少一种光学性质。所述合成单体可以为N-乙烯基咔唑，所述可生物降解的单体是壳聚糖或透明质酸。合成单体和生物单体可用以形成包含合成组分和生物组分的合成水凝胶、生物水凝胶、或杂合水凝胶。但是该方法的不足之处在于：所制备的水凝胶颗粒不具备自愈合性能。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种具备优异自愈性能和光电特性的自愈合水凝胶及其制备方法。
为了实现上述发明目的，本发明提供了一种自愈合水凝胶。按质量分数计，所述自愈合水凝胶由1～10％的咔唑改性醛基化透明质酸钠、1～10％的酰肼化透明质酸钠和80～98％的去离子水组成；且所述自愈合水凝胶的强度为1000～100000cps；在光照射条件下，所述咔唑改性醛基化透明质酸钠上的咔唑基团被激活，被激活的所述咔唑基团能够产生光电特性。
为了实现上述发明目的，本发明还提供了一种上述自愈合水凝胶的制备方法，包括如下步骤：
S1，醛基化透明质酸钠的制备：按照预设质量比将透明质酸钠加至去离子水中，搅拌均匀，得到透明质酸钠水溶液；再将高碘酸钠加入所述透明质酸钠水溶液，得到第一混合溶液；将所述第一混合溶液依次进行醛基化反应、透析和冷冻干燥处理，得到醛基化透明质酸钠；
S2，咔唑改性醛基化透明质酸钠的制备：按照预设体积比将醛基化透明质酸钠加至非质子溶剂中，搅拌均匀，得到醛基化透明质酸钠溶液；再按照第一预设摩尔比将咔唑加至所述醛基化透明质酸钠溶液中，搅拌均匀，得到第二混合溶液；然后，按照第二预设摩尔比向所述第二混合溶液中加入活化剂和共用剂，再用酸碱溶液调节所述第二混合溶液的pH值至3～6.5，然后在25～60℃的条件下反应1～24h后进行透析和冷冻干燥处理，得到咔唑改性醛基化透明质酸钠；
S3，所述自愈合水凝胶的制备：将步骤S2制备的所述咔唑改性接枝醛基化透明质酸钠、酰肼化透明质酸钠和去离子水按照预设质量百分比混合均匀，得到强度为1000～100000cps的所述自愈合水凝胶。
优选的，在步骤S2中，所述醛基化透明质酸钠与所述非质子溶剂的预设体积比为1：(5～200)。
优选的，在步骤S2中，所述第一预设摩尔比是指所述醛基化透明质酸钠分子链上的羧基与咔唑的摩尔比，其取值范围为1：(0.1～40)。
优选的，所述第二预设摩尔比是指所述醛基化透明质酸钠分子链上羧基与活化剂的摩尔比，其取值范围为1：(0.1～20)；所述活化剂与共用剂的摩尔比为1：(0.1～10)。
优选的，在步骤S1中，所述第一混合溶液中，所述透明质酸钠分子链上的羟基与所述高碘酸钠的摩尔比为1：(0.1～10)。
优选的，在步骤S1中，将所述第一混合溶液依次进行醛基化反应、透析和冷冻干燥处理，包括如下步骤：所述第一混合溶液在25～60℃的条件下反应1～24h；然后，进行透析，得到醛基化透明质酸钠溶液；再将所述醛基化透明质酸钠溶液置于温度为-40～-60℃、压强为1～20MPa条件下，进行冷冻干燥，得到醛基化透明质酸钠。
优选的，所述醛基化透明质酸钠的醛基摩尔取代度为0.1～0.5。
优选的，在步骤S3中，所述咔唑改性醛基化透明质酸钠、所述酰肼化透明质酸钠和所述去离子水的预设质量百分比为1～10％：1～10％：80～98％。
优选的，在步骤S2中，所述非质子溶剂为二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜中的一种。
优选的，所述酸碱溶液为氢氧化钠溶液、三乙胺溶液、盐酸溶液、乙酸溶液的一种或两种混合。
优选的，所述活化剂为二环己基碳二亚胺、N，N'-二异丙基碳二亚胺、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐中的一种。
优选的，所述共用剂为N-羟基琥珀酰亚胺、1-羟基苯并三唑中的一种。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1.本发明提供的自愈合水凝胶的制备方法，通过醛基化透明质酸与酰肼化透明质酸混合，利用酰腙反应，在一分钟内快速凝胶成型，聚合前后体积变化小，塑形好，且具有良好自愈合性。其机理在于：本发明制备的自愈合水凝胶是基于可逆共价键的自愈合材料，动态共价键(化学交联)意味着在整个反应体系中组分的自主装配和分解是同时发生的，表明动态共价键的交联网络可以自发破裂和重新形成，因此动态共价化学水凝胶具有自愈能力。本发明通过醛基与酰肼的缩合反应，可以形成酰腙键。因此，酰腙键是一种由酰肼和醛基缩合而成的动态共价键，其结合力比分子间相互作用强，且该缩合反应在酸催化条件下是可逆的。可逆共价键具有比可逆非共价键更强的键能，稳定性更好。因此，本发明基于酰腙键制备的水凝胶不仅具有化学凝胶的稳定性和高强度，还是一种具有自愈性能的动态水凝胶。水凝胶的自愈合是过量的酰肼基团被激活而促进自愈的过程，并且切开的胶片静置接触一段时间后，自愈整合成一体，且在拉伸时不会沿着切割线分开。此外，水凝胶内部的三维网状结构和贯通凝胶内部的孔道对于运载药物的扩散以及运载的生物活性分子具有重要意义。
2.本发明提供的自愈合水凝胶的制备方法，通过在醛基化透明质酸的分子链上引入咔唑基团，使得制备的水凝胶具有一定的光化学和电化学性质，可用于光线治疗，通过可见光源的辐照，大大促进伤口的愈合。其机理在于：咔唑基团具有特殊的刚性平面结构，拥有较大的共轭体系以及较强的分子内电子转移能力，因此具有较为稳定的热学性能和优异的光电性能。咔唑基团能在其分子的3、6、9位引入取代基团或官能团对其进行化学修饰，合成制备咔唑衍生物，以满足特定功能应用的需要。已知透明质酸结构中含有丰富的羟基、羧基等基团，能够作为化学修饰位点，通过交联、接枝等化学改性方法，制备功能化透明质酸衍生物。因此本发明中，利用具备光电特性的咔唑基团改性醛基化的透明质酸，将咔唑基团作为光敏剂成分引入到水凝胶中，然后再进行酰腙反应形成自愈合水凝胶，由此本发明制备出的自愈合水凝胶是一种具备光电特性的自愈合材料，具备自愈合功能的同时，还能够呈现出荧光特性，即在光照射条件下自愈合水凝胶会显示光电性能。机理在于：本发明利用透明质酸钠这一生物相容性优异的高分子材料，通过咔唑对其进行改性，制备的咔唑改性透明质酸钠水凝胶敷料利用咔唑基团的光电特性，能够诱导可见光的转化，促使水凝胶中蓝光和红光以及红外线的占比增大，利用光线治疗原理中的可见光治疗和红外治疗，来抑制炎症等症状，加快病变组织的愈合，达到创伤的无痕治愈。
3.本发明制备的自愈合水凝胶，采用生物相容性好、可完全降解、可吸收的高分子材料，对组织的贴附性好，可促进细胞迁移，使得制备的自愈合水凝胶在生理条件可降解，被人体吸收，同时加快伤口愈合的速度。而且凭借优异的自愈能力，本发明制备的自愈合水凝胶在有外界刺激或无外界刺激的情况下修复自身损伤并恢复其原有结构和性能，从而提高水凝胶的可靠性与安全性，适用于光线治疗所用的创伤敷料领域。本发明提供的自愈合水凝胶具有巨大的应用前景和推广价值。
附图说明
图1为本发明提供的自愈合水凝胶的制备方法流程图。
图2为本发明实施例1制备的自愈合水凝胶的实物图。
图3为本发明实施例1制备的自愈合水凝胶的电镜图，标尺为100μm。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。
请参阅图1所示，本发明提供了一种自愈合水凝胶的制备方法，包括如下步骤：
S1，醛基化透明质酸钠的制备：按照预设质量比将透明质酸钠加至去离子水中，搅拌均匀，得到透明质酸钠水溶液；再将高碘酸钠加入所述透明质酸钠水溶液，得到第一混合溶液；将所述第一混合溶液依次进行醛基化反应、透析和冷冻干燥处理，得到醛基化透明质酸钠；
S2，咔唑改性醛基化透明质酸钠的制备：按照预设体积比将醛基化透明质酸钠加至非质子溶剂中，搅拌均匀，得到醛基化透明质酸钠溶液；再按照第一预设摩尔比将咔唑加至所述醛基化透明质酸钠溶液中，搅拌均匀，得到第二混合溶液；然后，按照第二预设摩尔比向所述第二混合溶液中加入活化剂和共用剂，再用酸碱溶液调节所述第二混合溶液的pH值至3～6.5，然后在25～60℃的条件下反应1～24h后进行透析和冷冻干燥处理，得到咔唑改性醛基化透明质酸钠；
S3，所述自愈合水凝胶的制备：将步骤S2制备的所述咔唑改性接枝醛基化透明质酸钠、酰肼化透明质酸钠和去离子水按照预设质量百分比混合均匀，得到强度为1000～100000cps的所述自愈合水凝胶。
进一步地，在步骤S2中，所述醛基化透明质酸钠与所述非质子溶剂的预设体积比为1：(5～200)。
进一步地，在步骤S2中，所述第一预设摩尔比是指所述醛基化透明质酸钠分子链上的羧基与咔唑的摩尔比，其取值范围为1：(0.1～40)。
进一步地，所述第二预设摩尔比是指所述醛基化透明质酸钠分子链上羧基与活化剂的摩尔比，其取值范围为1：(0.1～20)；所述活化剂与共用剂的摩尔比为1：(0.1～10)。
进一步地，在步骤S1中，所述第一混合溶液中，所述透明质酸钠分子链上的羟基与所述高碘酸钠的摩尔比为1：(0.1～10)。
进一步地，在步骤S1中，将所述第一混合溶液依次进行醛基化反应、透析和冷冻干燥处理，包括如下步骤：所述第一混合溶液在25～60℃的条件下反应1～24h；然后，进行透析，得到醛基化透明质酸钠溶液；再将所述醛基化透明质酸钠溶液置于温度为-40～-60℃、压强为1～20MPa条件下，进行冷冻干燥，得到醛基化透明质酸钠。
进一步地，所述醛基化透明质酸钠的醛基摩尔取代度为0.1～0.5。
进一步地，在步骤S3中，所述咔唑改性醛基化透明质酸钠、所述酰肼化透明质酸钠和所述去离子水的预设质量百分比为1～10％：1～10％：80～98％。
进一步地，在步骤S2中，所述非质子溶剂为二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜中的一种。
进一步地，所述酸碱溶液为氢氧化钠溶液、三乙胺溶液、盐酸溶液、乙酸溶液的一种或两种混合。
进一步地，所述活化剂为二环己基碳二亚胺、N，N'-二异丙基碳二亚胺、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐中的一种。
进一步地，所述共用剂为N-羟基琥珀酰亚胺、1-羟基苯并三唑中的一种。
下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明提供的自愈合水凝胶的制备方法做进一步的详细描述。
实施例1
请参照图1所示，一种自愈合水凝胶的制备方法：
S1、醛基化透明质酸的制备：
将透明质酸钠置于去离子水中，透明质酸钠与去离子水的质量体积比为为100，室温下搅拌6小时，形成透明质酸钠水溶液，在透明质酸钠水溶液中加入高碘酸钠得打第一混合溶液，其中，透明质酸钠分子链上的羟基与高碘酸钠的摩尔比为1：5，室温下搅拌均匀，在40℃的条件下反应，反应时间为12小时，将反应后的透明质酸钠、高碘酸钠混合溶液进行透析，透析时间为2天，得到醛基化透明质酸钠溶液，将醛基化透明质酸钠溶液置于温度为-50℃、压强为10MPa条件下，冷冻干燥48小时，得到醛基摩尔取代度为0.12的醛基化透明质酸钠。
S2、咔唑改性醛基化透明质酸钠：
将步骤S1得到的醛基化透明质酸钠置于二甲基甲酰胺中，醛基化透明质酸钠与二甲基甲酰胺的质量体积比为1：100，室温下搅拌6小时，形成醛基化透明质酸钠溶液，在醛基化透明质酸钠水溶液中加入咔唑，醛基化透明质酸钠分子链上的羧基与咔唑的摩尔比为1：20，室温下搅拌均匀，向醛基化透明质酸钠、咔唑第二混合溶液中加入活化剂1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)和共用剂N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)，醛基化透明质酸钠分子链中羧基与活化剂1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐的摩尔比为1：10，活化剂1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和共用剂N-羟基琥珀酰亚胺的摩尔比为1：5，搅拌均匀，再用一定量盐酸溶液调节混合溶液pH值至5，在40℃的条件下反应，反应时间为12小时，将反应后的醛基化透明质酸钠、咔唑混合溶液进行透析，透析时间为2天，形成咔唑改性醛基化透明质酸钠溶液，将咔唑改性醛基化透明质酸溶液置于温度-50℃、压强为10MPa条件下，冷冻干燥48小时，得到咔唑改性醛基化透明质酸钠。
S3、自愈合水凝胶的制备：
将步骤S2得到的所述咔唑改性醛基化透明质酸钠、酰肼化透明质酸钠和去离子水按照以下质量百分比：
咔唑改性醛基化透明质酸钠 5％；
酰肼化透明质酸钠 5％；
去离子水 90％；
在室温下混合均匀，得到自愈合水凝胶。
请参照图2所示，本实施例制备的自愈合水凝胶呈现透明凝胶状(如图2中A所示)，水凝胶的自愈合是过量的酰肼基团被激活而促进自愈的过程，将切成三段的水凝胶胶片(如图2中B所示)静置接触一段时间后，自愈整合成一体(如图2中C所示)，用镊子夹起进行拉伸时水凝胶不会因外力作用而沿着切割线分开(如图2中D所示)。
请参照图3所示，本实施例制备的自愈合水凝胶在扫描电镜下呈现出低交联度的三维网状立体结构，存在数量丰富且贯通于自愈合水凝胶内部的不规则孔道结构；同时，咔唑基团成功接枝并分散在自愈合水凝胶透明质酸钠的表面。
实施例2-4
与实施例1的不同之处在于：步骤S1中，透明质酸钠分子链上的羟基与高碘酸钠的摩尔比不同，其他步骤均与实施例1相同，在此不再赘述。
表1为实施例1-4中透明质酸钠分子链上的羟基与高碘酸钠的摩尔比设置
Figure BDA0002319819420000091
Figure BDA0002319819420000101
结合表1对实施例1-4进行说明：透明质酸钠分子链上的羟基与高碘酸钠的摩尔比的变化对醛基摩尔取代度的影响是：在一定范围内，氧化剂高碘酸钠比例越大，透明质酸钠的氧化度越高，透明质酸钠的醛基化改性程度越大。
醛基化透明质酸钠的合成过程，如下所示：
Figure BDA0002319819420000102
合成机理为：在氧化剂高碘酸钠的作用下，透明质酸钠的糖环开环，形成醛基封端的透明质酸钠衍生物，引入的醛基可进一步化学修饰和改性，为后面咔唑基团的接枝改性提供化学修饰位点。
实施例5-8
与实施例1的不同之处在于：步骤S2中，醛基化透明质酸钠分子链上的羧基与咔唑的摩尔比不同，其他步骤均与实施例1相同，在此不再赘述。
表2为实施例1及实施例5-8中醛基化透明质酸钠分子链上的羧基与咔唑的摩尔比设置
Figure BDA0002319819420000103
结合表2对实施例1及实施例5-8进行说明：醛基化透明质酸钠分子链上的羧基与咔唑的摩尔比对咔唑接枝反应的影响是：咔唑比例越大，咔唑接枝率越高，所得改性透明质酸钠中咔唑基团的取代度越大。
咔唑改性接枝醛基化透明质酸钠的合成过程，如下所示：
Figure BDA0002319819420000111
合成机理为：在活化剂1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)和共用剂N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)的催化作用下，醛基化透明质酸钠上的醛基和咔唑基团发生取代反应，形成咔唑基团改性的透明质酸钠。
实施例9-11
与实施例1的不同之处在于：步骤S2中，醛基化透明质酸钠分子链中羧基与活化剂的摩尔比不同，其他步骤均与实施例1相同，在此不再赘述。
表3为实施例1及实施例9-11中醛基化透明质酸钠分子链中羧基与活化剂的摩尔比设置
Figure BDA0002319819420000112
结合表3对实施例1及实施例9-11进行说明：醛基化透明质酸钠分子链中羧基与活化剂的摩尔比对醛基化透明质酸的咔唑接枝反应的影响是活化剂1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)比例越大，在同一时间内，所活化的羧基越多，反应速率越大，可再较短时间内得到较高改性度的咔唑改性透明质酸钠。
实施例12-14
与实施例1的不同之处在于：步骤S2中，活化剂和共用剂的摩尔比不同，其他步骤均与实施例1相同，在此不再赘述。
表4为实施例1及实施例12-14中活化剂和共用剂的摩尔比设置
Figure BDA0002319819420000113
Figure BDA0002319819420000121
结合表4对实施例1及实施例12-14进行说明：活化剂和共用剂的摩尔比对醛基化透明质酸的咔唑接枝反应的影响是共用剂N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)的作用与活化剂1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)的作用相同。因此，共用剂比例越大，在同一时间内，所活化的羧基越多，反应速率越大，可再较短时间内得到较高改性度的咔唑改性透明质酸钠。而且两者通常联用，且摩尔比例一般为1：1。
实施例15-18
与实施例1的不同之处在于：步骤S3中，咔唑醛基化透明质酸钠、酰肼化透明质酸钠和去离子水的质量比不同，其他步骤均与实施例1相同，在此不再赘述。
表5为实施例1及实施例15-18中咔唑醛基化透明质酸钠、酰肼化透明质酸钠和去离子水的质量比设置
Figure BDA0002319819420000122
结合表5对实施例1及实施例15-18进行说明：
在水溶液中，透明质酸分子链呈膨胀的无规线团结构，而且在较低的浓度下也会彼此发生缠结，形成连续的三维网络结构，具有独特的流变学特性。水分子通过氢键被固定在透明质酸分子形成的网络中，不易流失。本发明制备的自愈合水凝胶是基于可逆共价键的自愈合水凝胶，在整个反应体系中组分的自主装配和分解是同时发生的，表明动态共价键的交联网络可以自发破裂和重新形成，因此动态共价化学水凝胶具有自愈能力。本发明通过醛基与酰肼的缩合反应，可以形成酰腙键(动态共价键)，该缩合反应在酸催化条件下是可逆的。而且可逆共价键具有比可逆非共价键更强的键能，稳定性更好。因此，本发明基于酰腙反应制备的自愈合水凝胶不仅具有化学凝胶的稳定性和高强度，还是一种具有自愈性能的动态水凝胶。
酰腙键合成机理，如下所示：
Figure BDA0002319819420000131
需要注意的是：由于以酰腙键为交联点的自愈合水凝胶只能在微酸性环境下发生凝胶的可逆转变行为，因此本发明制备自愈合水凝胶过程在微酸环境下进行。但是该水凝胶的自愈合性能也可调整醛基/胺基比例，使得自愈合性能在中性条件下表达。
咔唑改性醛基化透明质酸钠、酰肼化透明质酸钠和去离子水的质量比的变化对本发明制备的自愈合水凝胶强度的影响：酰腙反应主要是利用醛基基团和酰肼基团的缩合反应，因此，自愈合水凝胶制备过程中，咔唑醛基化透明质酸钠分子链上醛基基团和酰肼化透明质酸钠分子链上酰肼基团的比例对酰腙反应起着重要的作用，进而影响自愈合水凝胶的强度。
自愈合水凝胶制备过程中，去离子水的质量分数影响自愈合水凝胶的强度。去离子水质量分数越大，咔唑醛基化透明质酸钠和酰肼化透明质酸钠的质量分数相对降低，形成的酰腙键数量越少，进而影响自愈合水凝胶的强度。本发明中，自愈合水凝胶根据咔唑改性醛基化透明质酸钠、酰肼化透明质酸钠和去离子水的质量比的变化，强度设置在1000～100000cps之间。
实施例19-20
与实施例1的不同之处在于：步骤S2中，第二混合溶液中pH值设置不同，其他步骤均与实施例1相同，在此不再赘述。
表6为实施例1及实施例19-20中pH值设置
实施例 第二混合溶液的pH值
实施例1 5
实施例19 3
实施例20 6
结合表6对实施例1及实施例19-20进行说明：第二混合溶液中pH值变化对醛基化透明质酸钠的咔唑接枝反应的影响是：第二混合溶液中pH值参考1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)的使用环境(PH在4～6之间)而选定。随着PH值得偏离，活化剂活性受到影响，进而影响反应速率及透明质酸钠的改性程度。因此，本发明中，咔唑基团接枝改性醛基化透明质酸钠的反应过程需要在微酸环境中进行，以保证反应速度和反应的改性程度。
需要注意的是，本领域的技术人员应当理解，在本发明制备过程中，醛基化反应、接枝改性反应、透析处理和冷冻干燥处理的工艺参数可根据实际情况进行调整。所述非质子溶剂还可以为二甲基乙酰胺、二甲基亚砜中的一种。所述酸碱溶液还可以为氢氧化钠溶液、三乙胺溶液、乙酸溶液的一种或两种混合。所述活化剂为还可以为N，N'-二异丙基碳二亚胺、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐中的一种；所述共用剂还可以为1-羟基苯并三唑。
综上所述，本发明提供了一种自愈合水凝胶及其制备方法。所述自愈合水凝胶由咔唑改性醛基化透明质酸、酰肼化透明质酸和去离子水组成，强度为1000～100000cps。本发明提供的自愈合水凝胶的制备方法为：配制透明质酸钠、去离子水和高碘酸钠的第一混合溶液，进行醛基化反应得到醛基化透明质酸钠；然后，配制醛基化透明质酸钠、非质子溶剂和咔唑的第二混合溶液，加入活化剂和共用剂，调节pH值，进行咔唑接枝反应得到咔唑改性醛基化透明质酸钠；最后，将制备的咔唑改性醛基化透明质酸钠、酰肼化透明质酸钠和去离子水按照预定比例混合均匀，得到自愈合水凝胶。本发明制备的自愈合水凝胶具备优异的自愈合性能和生物相容性，还具备特殊的光电特性。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案。

Claims (9)

1.一种自愈合水凝胶，其特征在于：按质量分数计，所述自愈合水凝胶由1～10％的咔唑改性醛基化透明质酸钠、1～10％的酰肼化透明质酸钠和80～98％的去离子水组成；且所述自愈合水凝胶的强度为1000～100000cps；
所述的咔唑改性醛基化透明质酸钠通过以下步骤制备：
S1，醛基化透明质酸钠的制备：将透明质酸钠加至去离子水中，搅拌均匀，得到透明质酸钠水溶液；再将高碘酸钠加入所述透明质酸钠水溶液，得到第一混合溶液；将所述第一混合溶液依次进行醛基化反应、透析和冷冻干燥处理，得到醛基化透明质酸钠；
S2，咔唑改性醛基化透明质酸钠的制备：将醛基化透明质酸钠加至非质子溶剂中，搅拌均匀，得到醛基化透明质酸钠溶液；再按照所述醛基化透明质酸钠分子链上的羧基与咔唑的摩尔比为1：(0.1～40)将咔唑加至所述醛基化透明质酸钠溶液中，搅拌均匀，得到第二混合溶液；然后，按照所述醛基化透明质酸钠分子链上羧基与活化剂的摩尔比为1：(0.1～20)向所述第二混合溶液中加入活化剂和共用剂，再用酸碱溶液调节所述第二混合溶液的pH值至3～6.5，然后在25～60℃的条件下反应1～24h后进行透析和冷冻干燥处理，得到咔唑改性醛基化透明质酸钠。
2.一种权利要求1所述自愈合水凝胶的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1，醛基化透明质酸钠的制备：按照预设质量比将透明质酸钠加至去离子水中，搅拌均匀，得到透明质酸钠水溶液；再将高碘酸钠加入所述透明质酸钠水溶液，得到第一混合溶液；将所述第一混合溶液依次进行醛基化反应、透析和冷冻干燥处理，得到醛基化透明质酸钠；
S2，咔唑改性醛基化透明质酸钠的制备：按照预设体积比将醛基化透明质酸钠加至非质子溶剂中，搅拌均匀，得到醛基化透明质酸钠溶液；再按照所述醛基化透明质酸钠分子链上的羧基与咔唑的摩尔比为1：(0.1～40)将咔唑加至所述醛基化透明质酸钠溶液中，搅拌均匀，得到第二混合溶液；然后，按照所述醛基化透明质酸钠分子链上羧基与活化剂的摩尔比为1：(0.1～20)向所述第二混合溶液中加入活化剂和共用剂，再用酸碱溶液调节所述第二混合溶液的pH值至3～6.5，然后在25～60℃的条件下反应1～24h后进行透析和冷冻干燥处理，得到咔唑改性醛基化透明质酸钠；
S3，所述自愈合水凝胶的制备：将步骤S2制备的所述咔唑改性醛基化透明质酸钠、酰肼化透明质酸钠和去离子水按照预设质量百分比混合均匀，得到强度为1000～100000cps的所述自愈合水凝胶。
3.根据权利要求2所述的自愈合水凝胶的制备方法，其特征在于：在步骤S2中，所述醛基化透明质酸钠与所述非质子溶剂的预设体积比为1：(5～200)。
4.根据权利要求2所述的自愈合水凝胶的制备方法，其特征在于：所述活化剂与共用剂的摩尔比为1：(0.1～10)。
5.根据权利要求2所述的自愈合水凝胶的制备方法，其特征在于：在步骤S1中，所述第一混合溶液中，所述透明质酸钠分子链上的羟基与所述高碘酸钠的摩尔比为1：(0.1～10)。
6.根据权利要求2所述的自愈合水凝胶的制备方法，其特征在于：在步骤S1中，将所述第一混合溶液依次进行醛基化反应、透析和冷冻干燥处理，包括如下步骤：所述第一混合溶液在25～60℃的条件下反应1～24h；然后，进行透析，得到醛基化透明质酸钠溶液；再将所述醛基化透明质酸钠溶液置于温度为-40～-60℃、压强为1～20MPa条件下，进行冷冻干燥，得到醛基化透明质酸钠。
7.根据权利要求6所述的自愈合水凝胶的制备方法，其特征在于：所述醛基化透明质酸钠的醛基摩尔取代度为0.1～0.5。
8.根据权利要求2所述的自愈合水凝胶的制备方法，其特征在于：在步骤S3中，所述咔唑改性醛基化透明质酸钠、所述酰肼化透明质酸钠和所述去离子水的预设质量百分比为1～10％：1～10％：80～98％。
9.根据权利要求2所述的自愈合水凝胶的制备方法，其特征在于：在步骤S2中，所述非质子溶剂为二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜中的一种；所述酸碱溶液为氢氧化钠溶液、三乙胺溶液、盐酸溶液、乙酸溶液的一种或两种混合；所述活化剂为二环己基碳二亚胺、N，N'-二异丙基碳二亚胺、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐中的一种；所述共用剂为N-羟基琥珀酰亚胺、1-羟基苯并三唑中的一种。
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