CN112940290A - 一种双网络自修复水凝胶及其制备方法 - Google Patents

一种双网络自修复水凝胶及其制备方法 Download PDF

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CN112940290A
CN112940290A CN202110161041.9A CN202110161041A CN112940290A CN 112940290 A CN112940290 A CN 112940290A CN 202110161041 A CN202110161041 A CN 202110161041A CN 112940290 A CN112940290 A CN 112940290A
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吴柳镇
洪展鹏
陈至鹏
蒋开祥
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Abstract

本申请属于水凝胶技术领域，尤其涉及一种双网络自修复水凝胶及其制备方法。本申请的双网络自修复水凝胶，包括第一单元、第二单元和第三单元；所述第二单元的氨基和所述第三单元的末端醛基反应，所述第一单元和所述第二单元基于金刚烷‑环糊精主客体自组装连接，形成双网络自修复水凝胶。本申请提供了一种双网络自修复水凝胶及其制备方法，能有效解决现有常规水凝胶功能单一、强度低、不可注射以及无法自我修复导致使用寿命低的技术缺陷。

Description

一种双网络自修复水凝胶及其制备方法
技术领域
本申请属于水凝胶技术领域，尤其涉及一种双网络自修复水凝胶及其制备方法。
背景技术
处于高度分化的关节软骨是生物体内重要的承重组织之一，长期处于高载摩擦磨损、复杂的应力应变负载和无规律的多向运动等苛刻工作环境。因此，应用于软骨组织工程的水凝胶支架需具备良好的生物相容性、足够的机械强度以及一定的自我修复性能等特质。水凝胶是一种具有高含水率的重要软材料，其独特的三维网络结构和多孔性，能够高度模拟天然软骨组织细胞外基质，为细胞粘附、增殖、迁移以及营养物质传输等过程的实现提供了合适的3D微环境。然而，多数天然高分子来源的水凝胶虽然拥有独特的生物性能，但是普遍存在力学强度差、稳定性不足和缺乏自修复性能等问题，这严重限制了水凝胶在软骨组织工程中的应用。
随着低碳、环保、和可持续发展理念的日益加强，新材料朝着多功能化、高智能化方向发展势在必行。可注射的水凝胶可以适应各种软骨损伤伤口形状，尽可能的贴合缺损部位。但是大多数水凝胶没有很强的弹性，这导致水凝胶很容易变形和受外力的破坏。这种损坏会缩短水凝胶的使用寿命并引起感染。
因此，研发一种高强度的、可注射的、具有温敏性以及自修复性能的水凝胶是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本申请提供了一种双网络自修复水凝胶及其制备方法，能有效解决现有常规水凝胶功能单一、强度低、不可注射以及无法自我修复导致使用寿命低的技术缺陷。
本申请第一方面提供了一种双网络自修复水凝胶，包括第一单元、第二单元和第三单元；所述第一单元具有如式Ⅰ所示结构；所述第二单元具有如式Ⅱ所示结构；所述第三单元具有如式Ⅲ所示结构；
Figure BDA0002936627390000021
所述R为温敏聚合物的重复单元，所述温敏聚合物由温敏性单体聚合而成；所述m与所述n的比值为(200～400):1，所述n为3-8的整数；所述x1为214-271的整数，所述y1为23-30的整数；所述x3为43～47的整数；
所述第二单元的氨基和所述第三单元的末端醛基反应形成动态共价交联，所述第一单元和所述第二单元基于金刚烷-环糊精主客体自组装形成超分子交联，最终形成高强度双网络的双网络自修复水凝胶。
另一实施例中，所述温敏性单体选自N-异丙基丙烯酰胺、N-正丙基丙烯酰胺、N-环丙基丙烯酰胺、N，N-二乙基丙烯酰胺、N-乙烯基异丙酰胺、N-乙烯基正丙酰胺、N-乙烯基己内酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮、N-丙烯酰基吡咯烷、N-丙烯酰基-N’-正丙哌嗪、N-(2，2-二甲基-1，3-二恶烷-5醇)-丙烯酰胺和N-(2-乙氧基-1，3-二恶烷-5醇)-丙烯酰胺中的一种或多种。
另一实施例中，所述温敏性单体为N-异丙基丙烯酰胺，所述式Ⅰ的结构式为
Figure BDA0002936627390000031
具体的，所述双网络自修复水凝胶具有式Ⅳ所示结构，所述式Ⅳ中，所述温敏聚合物由温敏性单体聚合而成，所述m与所述n的比值为(200～400):1，所述n为3-8的整数。所述x为214-271的整数，所述y为23-30的整数，所述z为1-3的整数，所述k为43～47的整数；所述R为温敏聚合物的重复单元；所述式Ⅱ的
Figure BDA0002936627390000032
与所述式Ⅰ的金刚烷基团发生金刚烷-环糊精主客体自组装反应形成A位点；所述式Ⅱ的-NH2与所述式Ⅲ的末端醛基发生反应形成C位点。但是，并非所有所述式Ⅱ的
Figure BDA0002936627390000033
和所述式Ⅱ的-NH2都参与反应；即所述式Ⅳ中A为式Ⅱ的
Figure BDA0002936627390000034
与式Ⅰ的金刚烷基团的连接位点，B为温敏性单体和式V共聚的连接位点，C为式Ⅱ的-NH2和式Ⅲ的末端醛基的连接位点；
Figure BDA0002936627390000035
具体的，所述式Ⅱ的
Figure BDA0002936627390000041
来源于环糊精，所述环糊精的具体化学结构式为
Figure BDA0002936627390000042
所述环糊精的结构简写为
Figure BDA0002936627390000043
所述
Figure BDA0002936627390000044
的“*”与结构式
Figure BDA0002936627390000045
的“*”是同一位点。
本申请第二方面提供了所述双网络自修复水凝胶的制备方法，包括：
将式Ⅴ、式Ⅱ、式Ⅲ、温敏性单体、促进剂、引发剂和溶剂进行反应，所述式Ⅱ的氨基和所述式Ⅲ的末端醛基反应形成动态共价交联，所述式Ⅳ和所述式Ⅴ基于金刚烷-环糊精主客体自组装形成超分子交联，最终形成高强度双网络的双网络自修复水凝胶；
Figure BDA0002936627390000046
Figure BDA0002936627390000047
所述x1为31～38的整数，所述y1为217～272的整数；所述x3为43～47的整数。
具体的，所述双网络自修复水凝胶具有式Ⅳ所示结构，所述式Ⅳ中A为式Ⅱ的
Figure BDA0002936627390000051
与式Ⅰ的金刚烷基团的连接位点，B为温敏性单体和式V共聚的连接位点，C为式Ⅱ的-NH2和式Ⅲ的末端醛基的连接位点；
Figure BDA0002936627390000052
另一实施例中，所述制备方法中，所述温敏性单体选自N-异丙基丙烯酰胺、N-正丙基丙烯酰胺、N-环丙基丙烯酰胺、N，N-二乙基丙烯酰胺、N-乙烯基异丙酰胺、N-乙烯基正丙酰胺、N-乙烯基己内酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮、N-丙烯酰基吡咯烷、N-丙烯酰基-N’-正丙哌嗪、N-(2，2-二甲基-1，3-二恶烷-5醇)-丙烯酰胺和N-(2-乙氧基-1，3-二恶烷-5醇)-丙烯酰胺中的一种或多种。
另一实施例中，所述式Ⅴ的制备方法包括：
将将式Ⅶ与式Ⅷ进行反应，制得式Ⅴ；
Figure BDA0002936627390000053
具体的，式Ⅴ的制备方法包括：将式Ⅶ(1-金刚烷醇)1质量份和无水二氯甲烷20～40质量份混合溶解后，加入三乙胺1～3质量份。将混合溶液恒定在0℃下保持搅拌15min-40min。用5～10质量份无水二氯甲烷稀释1～3质量份式Ⅷ丙烯酰氯，将其通过恒压滴液漏斗在0℃下逐滴加入到上述混合溶液中。滴完后，缓慢升至室温并继续搅拌18～36h。结束后滤去不溶物，收集滤液；滤液分别用0.1～0.3M HCl水溶液、NaHCO3溶液、蒸馏水依次洗涤多次后，收集有机相并在低温下减压浓缩。利用柱层析法提纯，其中洗脱剂为乙酸乙酯：正己烷体积比为1:(15～20)，制得产物式Ⅴ。式Ⅴ的合成路线为：
Figure BDA0002936627390000061
另一实施例中，所述式Ⅱ的制备方法包括：
将式Ⅸ与式Ⅹ反应，制得式Ⅴ；所述x1为31～38的整数，所述y1为217-272的整数；
Figure BDA0002936627390000062
具体的，式Ⅱ的制备方法包括：将2～5质量份式Ⅸ溶解于40～50质量份去离子水中，充分搅拌以得到澄清溶液。加入2～3质量份式式Ⅹ，在室温下强力搅拌1～2h后升温至70～80℃回流24～36h。冷却后透析，浓缩后冷冻干燥以获得黄色或淡黄色产物式Ⅴ。式Ⅱ的合成路线如下：
Figure BDA0002936627390000063
另一实施例中，所述式Ⅸ的制备方法包括：将
Figure BDA0002936627390000064
和环氧丙烷进行反应，制得式Ⅸ；
Figure BDA0002936627390000071
中，所述x2为248-310的整数。
另一实施例中，所述
Figure BDA0002936627390000072
的制备方法包括：将
Figure BDA0002936627390000073
与NaOH进行反应，制得
Figure BDA0002936627390000074
所述x2为248-310的整数。
具体的，式Ⅸ的制备方法包括：将壳聚糖CS 1～3质量份和异丙醇液10～15质量份加入到反应器中搅拌15～45min，然后加入NaOH溶液3～5质量份并在室温继续搅拌30～80min后，冷藏过夜。解冻后加入四甲基氯化铵3～5质量份，缓慢加入10～18质量份环氧丙烷。滴完后继续搅拌30～80min。升温至30～50℃回流过夜。冷却后过滤，滤渣用无水乙醇洗涤2-3次后重新溶解于水中。用1M HCl调节溶液pH为7，然后透析50～60h。浓缩后冷冻干燥获得产物式Ⅸ，x2为248-310的整数。式Ⅸ的合成路线如下：
Figure BDA0002936627390000075
具体的，所述式Ⅹ的结构式为简写，式Ⅹ的具体化学结构式为
Figure BDA0002936627390000081
另一实施例中，所述式Ⅹ的制备方法包括：将环糊精
Figure BDA0002936627390000082
与
Figure BDA0002936627390000083
进行反应，制得式Ⅹ。
具体的，式Ⅹ的制备方法包括：将β-环糊精5～15质量份和1-对甲苯磺酰咪唑1.5～3质量分加入到去离子水中，在室温下强力搅拌2～4h。加入NaOH溶液后继续搅拌15～60min。过滤除去未反应不溶物，然后加入HCl溶液，调节滤液的pH值，使其pH＝7～8。将得到的混合物在低温下沉淀18-36h，然后过滤以收集滤渣，分别用冰水、丙酮洗涤多次得到粗产物。将粗产物于热水中重结晶2～3次后得到产物式Ⅹ。
另一实施例中，所述式Ⅲ的制备方法包括：
将式Ⅺ和式Ⅻ进行反应，制得式Ⅲ；
Figure BDA0002936627390000084
所述x3为43～47的整数；
Figure BDA0002936627390000085
具体的，所述式Ⅲ的制备方法包括：将10～15质量份的式Ⅺ(x3为43～47的整数)和无水二氯甲烷100～150质量份混合溶解后，分别加入催化剂DMAP的0.02～0.04质量份和EDC 2～4质量份，将混合溶液在恒定0℃下搅拌混合。将溶解于3～5质量份DMF的2～5质量份4-甲酰苯甲酸式Ⅻ在0℃下逐滴加入。然后缓慢恢复至室温并继续反应36～50h。浓缩后，在强力搅拌下，将浓缩物缓慢滴加到大量冰乙醚。过滤收集沉淀后重新溶解于水中，透析48-60h后冷冻干燥得到产物式Ⅲ。式Ⅲ的合成图路线为，所述x3为43～47的整数：
Figure BDA0002936627390000091
另一实施例中，所述促进剂选自四甲基乙二胺、亚硫酸钠和硫代硫酸钠中的一种或多种；所述引发剂选自过硫酸铵或/和过硫酸钾；所述溶剂选自水或无机盐的水溶液。
另一实施例中，按照质量份计算，
Figure BDA0002936627390000092
具体的，式Ⅳ的双网络自修复水凝胶的制备方法包括：将0.1～1质量份式Ⅱ充分溶解于10质量份溶剂后，分别加入0.01～0.1质量份式Ⅴ。然后加入温敏性单体0.2～2质量份混合。加入引发剂0.01～0.1质量份混合后，加入0.01～0.1质量份式Ⅲ混合后，添加0.01～0.1质量份促进剂混合后反应，得到式Ⅳ的双网络自修复水凝胶。
另一实施例中，所述反应的温度为20～25℃，所述反应的时间为18～28h。
另一实施例中，所述制备方法还包括对所述双网络自修复水凝胶除杂，所述除杂包括：将所述双网络自修复水凝胶反复浸泡于温水和冰水中进行收缩-溶胀处理。
具体的，双网络自修复水凝胶除杂方法包括：将所述双网络自修复水凝胶依次浸泡于60℃和冰水中进行收缩-溶胀过程，并循环3～4次以除去当中未反应的单体和杂质，得到高纯度的双网络自修复水凝胶。
本申请第三方面提供的所述双网络自修复水凝胶或所述制备方法制得的双网络自修复水凝胶在伤口敷料中的应用。
本申请将式Ⅴ、式Ⅱ、式Ⅲ、温敏性单体、促进剂、引发剂和溶剂进行反应，由式Ⅴ的金刚烷丙烯酸酯(AMDA)和由壳聚糖(CS)逐步反应并接枝β-环糊精形成式Ⅱ的环糊精改性壳聚(HPCS-CD)，通过主客体相互作用，诱导其在水溶液中自发地组装形成稳定的超分子结构，通过成末端为苯醛基的水溶性PEG衍生物式Ⅲ(PEGFA)，与式Ⅱ的环糊精改性壳聚(HPCS-CD)中的胺基通过Schiff-base反应构建了亚胺键交联的动态网络，并将温敏聚合物的反应单体包裹其中，通过原位自由基聚合形成双网络水凝胶。
可见，本申请的双网络自修复水凝胶，以式Ⅱ的HPCS-CD与式Ⅴ的ADMA的主客体相互作用形成的超分子结构作为凝胶网络构建的核心，赋予凝胶网络较高的可修饰性，通过成末端为苯醛基的水溶性PEG衍生物式Ⅲ(PEGFA)，与式Ⅱ的环糊精改性壳聚(HPCS-CD)中的胺基通过Schiff-base反应构建了亚胺键交联的双动态网络，使得水凝胶在保留高含水率和良好自修复性能的同时，提高了其拉伸韧性和压缩强度的力学性能；温敏聚合物赋予了壳聚糖基自修复水凝胶温敏性，可以通过温度调控水凝胶的吸附-释放，并且，该水凝胶能在低温溶胀后可实现凝胶-溶胶的转变，因此具有较好的可注射性能。从试验数据可知，本申请的壳聚糖基自修复水凝胶具有较强的力学性能，快速温度响应性、可注射性的自修复功能的水凝胶，可应用在生物医学、智能纺织品和智能传感及新能源领域。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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。
图1为本申请的双网络自修复水凝胶的结构式示意图；
图2为本申请实施例提供的双网络自修复水凝胶的可注射性试验结果图；
图3为本申请实施例提供的双网络自修复水凝胶的自修复性能试验结果图；
图4为本申请实施例提供的双网络自修复水凝胶的温度响应性能试验结果；
图5为本申请实施例提供的双网络自修复水凝胶的拉伸应变-应力曲线；
图6为本申请实施例提供的双网络自修复水凝胶的压缩应力-应变曲线。
具体实施方式
本申请提供了一种双网络自修复水凝胶及其制备方法，用于解决现有技术中常规水凝胶功能单一，强度低，不可注射、无法自我修复导致使用寿命低的技术缺陷。
下面将对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
其中，以下实施例所用原料或试剂均为市售或自制。
式Ⅴ—金刚烷丙烯酸酯(ADMA)的制备方法包括：将式Ⅶ(1-金刚烷醇)1质量份和无水二氯甲烷20～40质量份加入到反应器中搅拌至充分溶解后，加入三乙胺1～3质量份。将混合溶液恒定在0℃下保持搅拌15min～40min。用5～10质量份无水二氯甲烷稀释1～3质量份式Ⅷ丙烯酰氯，将其通过恒压滴液漏斗在0℃下逐滴加入到上述混合溶液中。滴完后，缓慢升至室温并继续搅拌18～36h。结束后滤去不溶物，收集滤液；滤液分别用0.1～0.3MHCl水溶液、0.5wt％NaHCO3溶液、蒸馏水依次洗涤3次后，收集有机相并在低温下减压浓缩。利用柱层析法提纯，制得式Ⅴ产物；其中洗脱剂为乙酸乙酯与正己烷体积比为1:(15～20)。产物低温保存备用。
式Ⅱ—HPCS-CD的制备方法包括：将2～5质量份式Ⅸ溶解于40～50质量份去离子水中，充分搅拌以得到澄清溶液。加入2-3质量份式Ⅹ(CDOTs)，在室温下强力搅拌1～2h后升温至70～80℃回流24～36h。冷却后转移到MWC3500的透析袋中透析3天，浓缩后冷冻干燥以获得黄色或淡黄色产物式Ⅱ。
式Ⅸ—HPCS的制备方法包括：将壳聚糖CS 1-3质量份和异丙醇液10-15质量份加入到反应器中搅拌15～45min，然后加入33wt％NaOH溶液3～5质量份并在室温继续搅拌30～80min后，冷藏过夜。解冻后加入10wt％四甲基氯化铵3～5质量份，缓慢加入10～18质量份环氧丙烷。滴完后继续搅拌30～80min。升温至30-50℃回流过夜。冷却后过滤，滤渣用无水乙醇洗涤2-3次后重新溶解于水中。用1M的HCl调节溶液pH为7，用MWC 3500的透析袋透析50～60h。浓缩后冷冻干燥获得产物HPCS式Ⅸ。
式Ⅹ—CDOTs的制备方法包括：将β-环糊精5-15质量份和1-对甲苯磺酰咪唑1.5-3质量分加入到去250mL离子水中，在室温下强力搅拌2-4h。加入10wt％NaOH溶液(50mL)后继续搅拌15～60min。过滤除去未反应不溶物，然后加入1M HCl溶液，调节滤液的pH值，使其pH＝7～8。将得到的混合物在低温下沉淀18-36h，然后过滤以收集滤渣，分别用冰水、丙酮洗涤3次得到粗产物。将粗产物于热水中重结晶2-3次后得到产物CDOTs式Ⅹ。
式Ⅲ—PEGFA的制备方法包括：将10～15质量份的式Ⅺ(x3为43～47的整数，即聚乙二醇PEG2000)和无水二氯甲烷100～150质量份加入到反应瓶中搅拌至充分溶解后，加入催化剂DMAP 0.03质量份和EDC 2～4质量份，将混合溶液在恒定0℃下搅拌30min。将溶解于3～5质量份DMF的2～5质量份4-甲酰苯甲酸式Ⅻ在0℃下逐滴加入。然后缓慢恢复至室温并继续反应36～50h。浓缩后，在强力搅拌下，将浓缩物缓慢滴加到大量冰乙醚。过滤收集沉淀后重新溶解于水中，用MWC 500的透析袋中透析48-60h后冷冻干燥得到产物PEGFA式Ⅲ。
本申请实施例双网络自修复水凝胶的制备方法包括：将0.1～1质量份式Ⅱ充分溶解于10质量份PBS缓冲液后，分别加入0.01～0.1质量份式Ⅴ。旋涡振荡10～15min后在冰箱放置1h。然后加入温敏性单体NIPAM 0.2～2质量份，在室温搅拌至充分溶解。加入引发剂APS 0.01～0.1质量份，并漩涡振荡混合3～5min后加入0.01～0.1质量份式Ⅲ(PEGFA)，高速振荡10s后，立即添加0.01～0.1质量份促进剂TEMED。继续高速振荡3-8min后在20-25℃密封反应18-28h，得到双网络自修复水凝胶。
温敏性单体为NIPAM时，双网络自修复水凝胶的结构式为
Figure BDA0002936627390000131
m与n的比值为(200～400):1。x为214-271的整数，y为23-30的整数，z为1-3的整数，n为3-8的整数，k为43～47的整数。
产物除杂的步骤包括：将制备的式Ⅳ的双网络自修复水凝胶依次浸泡于60℃和冰水中进行收缩-溶胀过程，并循环3～4次以除去当中未反应的单体和杂质，得到壳聚糖基自修复温敏性可注射水凝胶。
实施例1
本申请实施例提供了一种双网络自修复水凝胶及其制备方法，包括：
式Ⅴ(金刚烷丙烯酸酯，AMDA)的制备方法如下：将1-金刚烷醇(3.04g,20mmol)和无水二氯甲烷(60mL)加入到反应器中搅拌至充分溶解后，加入三乙胺(3g,29.7mmol)。将混合溶液恒定在0℃下保持搅拌40min。将25mL无水二氯甲烷稀释的丙烯酰氯(3.62g,40mmol)通过恒压滴液漏斗在0℃下逐滴加入到上述混合溶液中。滴完后，缓慢升至室温并继续搅拌18h。结束后滤去不溶物，收集滤液；滤液分别用0.1M HCl水溶液、0.5wt％NaHCO3溶液、蒸馏水依次洗涤3次后，收集有机相并在低温下减压浓缩。利用柱层析法提纯，其中洗脱剂为乙酸乙酯：正己烷体积比为1:15，得到AMDA，低温保存备用。
式Ⅹ(CDOTs)的制备方法如下：将β-环糊精(36.3g,32mmol)和1-对甲苯磺酰咪唑(6.67g,30mmol)加入到去离子水(250mL)中，在室温下强力搅拌3h。加入10wt％NaOH溶液(50mL)后继续搅拌30min。过滤除去未反应不溶物，然后加入1M HCl溶液，调节滤液的pH值，使其pH＝7。将得到的混合物在低温下沉淀18h，然后过滤以收集滤渣，分别用冰水、丙酮洗涤3次得到粗产物。将粗产物于热水中重结晶2-3次后得到产物式Ⅹ。
式Ⅸ(HPCS)的制备方法如下：将壳聚糖CS(3g)和异丙醇液(50mL)加入到反应器中搅拌30min，然后加入33wt％NaOH溶液(10g)并在室温继续搅拌60min后，冷藏过夜。解冻后加入10wt％四甲基氯化铵(10mL)，缓慢加入50mL环氧丙烷。滴完后继续搅拌60min。升温至45℃回流过夜。冷却后过滤，滤渣用无水乙醇洗涤3次后重新溶解于水中。用1M HCl调节溶液pH为7，用MWC 3500的透析袋透析60h。浓缩后冷冻干燥获得产物式Ⅸ。
式Ⅱ(HPCS-CD)的制备方法如下：将式Ⅸ(6.5g)溶解于150mL去离子水中，充分搅拌以得到澄清溶液。加入式Ⅹ(6.5g)，在室温下强力搅拌1h后升温至80℃回流24h。冷却后转移到MWC 3500的透析袋中透析3天，浓缩后冷冻干燥以获得黄色或淡黄色产物式Ⅱ。
式Ⅲ(PEGFA)的制备方法如下：将PEG2000(40g,20mmol)和无水二氯甲烷(400mL)加入到反应瓶中搅拌至充分溶解后，加入催化剂DMAP(0.122g,1mmol)和EDC(9.2g,48mmol)，将混合溶液在恒定0℃下搅拌30min。将溶解于15mL DMF的4-甲酰苯甲酸(10.86g,48mmol)在0℃下逐滴加入。然后缓慢恢复至室温并继续反应48h。浓缩后，在强力搅拌下，将浓缩物缓慢滴加到大量冰乙醚。过滤收集沉淀后重新溶解于水中，用MWC 500的透析袋中透析60h后冷冻干燥得到产物式Ⅲ。
双网络自修复水凝胶的制备方法包括：将式Ⅱ(0.5g)充分溶解于10mL PBS缓冲液中，加入15mg式Ⅴ(式Ⅴ以0.1g/mL式Ⅴ的甲醇溶液添加，即加入0.15mL的浓度为0.1g/mL式Ⅴ的甲醇溶液)，旋涡振荡5min后在冰箱静置1h。加入N-异丙基丙烯酰胺NIPAM(1.35g,12mmol)搅拌至充分溶解后，加入引发剂APS(0.01g)并高速振荡5min。然后加入75mg式Ⅲ(式Ⅲ以式Ⅲ溶液形式添加，即加入0.75mL浓度为0.1g/mL的式Ⅲ溶液，式Ⅲ溶液的溶剂为PBS缓冲液)，高速振荡10s后，立即移入促进剂TEMED(100μL)，低速振荡约90s直至形成Schiff-base交联网络。在20℃密封反应20h得到双网络自修复水凝胶，标记为DNSC/AD-1。将获得的水凝胶浸泡于大量PBS(pH 7.4)中48h以除去杂质。
实施例2
本申请实施例提供了双网络自修复水凝胶的制备方法，包括：
参照实施例1的方法，区别在于将式Ⅵ的添加量(75mg)替换为100mg，即加入100mg的式Ⅵ，其余步骤与实施例1一致，成功制得双网络自修复水凝胶。
实施例3
本申请实施例提供了双网络自修复水凝胶的制备方法，包括：
参照实施例1的方法，区别在于将N-异丙基丙烯酰胺NIPAM替换为N-正丙基丙烯酰胺NNPA，即加入等量N-正丙基丙烯酰胺NNPA，其余步骤与实施例1一致，成功制得双网络自修复水凝胶。
实施例4
本申请实施例提供了双网络自修复水凝胶的可注射性试验，具体步骤包括：
将实施例1的双网络自修复水凝胶置于4℃下在染色溶液下低温溶胀，使水凝胶发生凝胶-溶胶状的状态变化，并将溶胶状的水凝胶吸进针管中，随后将其注射在玻璃皿上，如图2所示，图2的a为双网络自修复水凝胶注射过程实物图，b为双网络自修复水凝胶注射后实物图(可清晰看出注射的图案为“GDUT”)，图2说明本申请的双网络自修复水凝胶具有可注射性能和可染色性能。
实施例5
本申请实施例提供双网络自修复水凝胶的自修复性能试验，具体步骤包括：
将实施例1的双网络自修复水凝胶切块，染色，在界面处添加去离子水，贴合界面放置24h，结果如图3所示，图3的a为实施例1的水凝胶切块和染色后实物图，b为实施例1的水凝胶在界面添加去离子水后贴合的实物图，c为实施例1的水凝胶修复后拉伸的实物图，可以发现本申请的水凝胶界面消失，裂纹基本修复，图3说明在室温下放置24h后，观察到本申请双网络自修复水凝胶有较好的自修复性能。
实施例6
本申请实施例提供了双网络自修复水凝胶的温度响应性能试验，具体步骤包括：
将实施例1的双网络自修复水凝胶置于37℃温水浴中，5-10min后，观察其体积和颜色，结果如图4所示，图1左图为加热前的实物图，图1右图为加热后的实物图，图4说明了实施例1的双网络自修复水凝胶体积与颜色发生变化，体现了其温敏性。
实施例7
本申请实施例提供了双网络自修复水凝胶的力学性能试验，具体步骤包括：
将实施例1的双网络自修复水凝胶采用常规方法测定其拉伸应变-应力曲线，结果如图5所示，图5说明了实施例1的双网络自修复水凝胶的断裂伸长率达430％，断裂强度为0.05MPa，表现出较好的拉伸强度和韧性。
实施例8
本申请实施例提供了双网络自修复水凝胶的力学性能试验，具体步骤包括：
将实施例1的双网络自修复水凝胶采用常规方法测定其压缩应力-应变曲线，结果如图6所示，图6说明了实施例1的双网络自修复水凝胶压缩至约80％才发生凝胶破裂，压缩强度达到了0.235MPa。表现出更好的压缩性能。
按照实施例4～实施例8的步骤测试实施例2和实施例3制得的双网络自修复水凝胶，实施例2和实施例3制得的双网络自修复水凝胶的可注射性、自修复性能、温度响应性能、拉伸强度和压缩强度均与实施例1的双网络自修复水凝胶相似。
从实施例可知，本申请实施例中，式Ⅳ、式Ⅴ、式Ⅵ、温敏聚合物、促进剂、引发剂和溶剂进行反应形成Schiff-base交联网络，若单独式Ⅳ，或单独式Ⅴ，或单独式Ⅵ无法进行金刚烷-环糊精主客体自组装。
以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种双网络自修复水凝胶，其特征在于，包括第一单元、第二单元和第三单元；所述第一单元具有如式Ⅰ所示结构；所述第二单元具有如式Ⅱ所示结构；所述第三单元具有如式Ⅲ所示结构；
Figure FDA0002936627380000011
所述R为温敏聚合物的重复单元，所述温敏聚合物由温敏性单体聚合而成；所述m与所述n的比值为(200～400):1，所述n为3-8的整数；所述x1为31～38的整数，所述y1为217～272的整数；所述x3为43～47的整数；
所述第二单元的氨基和所述第三单元的末端醛基反应形成动态共价交联，所述第一单元和所述第二单元基于金刚烷-环糊精主客体自组装连接，形成双网络自修复水凝胶。
2.根据权利要求1所述的双网络自修复水凝胶，其特征在于，所述温敏性单体选自N-异丙基丙烯酰胺、N-正丙基丙烯酰胺、N-环丙基丙烯酰胺、N，N-二乙基丙烯酰胺、N-乙烯基异丙酰胺、N-乙烯基正丙酰胺、N-乙烯基己内酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮、N-丙烯酰基吡咯烷、N-丙烯酰基-N’-正丙哌嗪、N-(2，2-二甲基-1，3-二恶烷-5醇)-丙烯酰胺和N-(2-乙氧基-1，3-二恶烷-5醇)-丙烯酰胺中的一种或多种。
3.一种权利要求1或2所述的双网络自修复水凝胶的制备方法，其特征在于，包括：
将式Ⅴ、式Ⅱ、式Ⅲ、温敏性单体、促进剂、引发剂和溶剂进行反应，所述式Ⅱ的氨基和所述式Ⅲ的末端醛基反应形成动态共价交联，所述式Ⅳ和所述式Ⅴ基于金刚烷-环糊精主客体自组装，制得双网络自修复水凝胶；
Figure FDA0002936627380000021
Figure FDA0002936627380000022
所述x1为31～38的整数，所述y1为217～272的整数；所述x3为43～47的整数。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述温敏性单体选自N-异丙基丙烯酰胺、N-正丙基丙烯酰胺、N-环丙基丙烯酰胺、N，N-二乙基丙烯酰胺、N-乙烯基异丙酰胺、N-乙烯基正丙酰胺、N-乙烯基己内酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮、N-丙烯酰基吡咯烷、N-丙烯酰基-N’-正丙哌嗪、N-(2，2-二甲基-1，3-二恶烷-5醇)-丙烯酰胺和N-(2-乙氧基-1，3-二恶烷-5醇)-丙烯酰胺中的一种或多种。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述式Ⅴ的制备方法包括：
将式Ⅶ与式Ⅷ进行反应，制得式Ⅴ；
Figure FDA0002936627380000023
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述式Ⅱ的制备方法包括：
将式Ⅸ与式Ⅹ反应，制得式Ⅱ；所述x1为31～38的整数，所述y1为217-272的整数；
Figure FDA0002936627380000031
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述式Ⅲ的制备方法包括：
将式Ⅺ和式Ⅻ进行反应，制得式Ⅲ；
Figure FDA0002936627380000032
所述x3为43～47的整数；
Figure FDA0002936627380000033
8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述促进剂选自四甲基乙二胺、亚硫酸钠和硫代硫酸钠中的一种或多种；所述引发剂选自过硫酸铵或/和过硫酸钾；所述溶剂选自水或无机盐的水溶液。
9.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，按照质量份计算，
Figure FDA0002936627380000034
10.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述反应的温度为20～25℃，所述反应的时间为18～28h。
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