CN112940303B - 高粘附性缓释交联水凝胶及其制备方法 - Google Patents
高粘附性缓释交联水凝胶及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112940303B CN112940303B CN202110253279.4A CN202110253279A CN112940303B CN 112940303 B CN112940303 B CN 112940303B CN 202110253279 A CN202110253279 A CN 202110253279A CN 112940303 B CN112940303 B CN 112940303B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- hydrogel
- release
- crosslinking
- matrix material
- adhesion
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000000017 hydrogel Substances 0.000 title claims abstract description 132
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 59
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 claims abstract description 45
- 238000013268 sustained release Methods 0.000 claims abstract description 37
- 239000012730 sustained-release form Substances 0.000 claims abstract description 37
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 claims description 35
- -1 glycine aluminum Chemical compound 0.000 claims description 29
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 23
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 claims description 19
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 claims description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 16
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims description 12
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims description 10
- 150000003254 radicals Chemical class 0.000 claims description 10
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 10
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000003999 initiator Substances 0.000 claims description 6
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 4
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 4
- 150000001336 alkenes Chemical group 0.000 claims description 3
- 125000005395 methacrylic acid group Chemical group 0.000 claims description 3
- 230000001464 adherent effect Effects 0.000 claims 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 abstract description 42
- 239000003431 cross linking reagent Substances 0.000 abstract description 30
- 238000010382 chemical cross-linking Methods 0.000 abstract description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 20
- BWZOPYPOZJBVLQ-UHFFFAOYSA-K aluminium glycinate Chemical compound O[Al+]O.NCC([O-])=O BWZOPYPOZJBVLQ-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 17
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 14
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 13
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 12
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 9
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 8
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 7
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 6
- 239000000047 product Substances 0.000 description 6
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 6
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 6
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 6
- 239000011203 carbon fibre reinforced carbon Substances 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 4
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 4
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 3
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 3
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 3
- BHPQYMZQTOCNFJ-UHFFFAOYSA-N Calcium cation Chemical compound [Ca+2] BHPQYMZQTOCNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- JPVYNHNXODAKFH-UHFFFAOYSA-N Cu2+ Chemical compound [Cu+2] JPVYNHNXODAKFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M Sodium bicarbonate Chemical compound [Na+].OC([O-])=O UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical group [AlH3] AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VSCWAEJMTAWNJL-UHFFFAOYSA-K aluminium trichloride Chemical compound Cl[Al](Cl)Cl VSCWAEJMTAWNJL-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- 229910001424 calcium ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 229910001431 copper ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000502 dialysis Methods 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 230000002459 sustained effect Effects 0.000 description 2
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 description 2
- SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 2-(2-methoxy-5-methylphenyl)ethanamine Chemical compound COC1=CC=C(C)C=C1CCN SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FALRKNHUBBKYCC-UHFFFAOYSA-N 2-(chloromethyl)pyridine-3-carbonitrile Chemical compound ClCC1=NC=CC=C1C#N FALRKNHUBBKYCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GJKGAPPUXSSCFI-UHFFFAOYSA-N 2-Hydroxy-4'-(2-hydroxyethoxy)-2-methylpropiophenone Chemical compound CC(C)(O)C(=O)C1=CC=C(OCCO)C=C1 GJKGAPPUXSSCFI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 2-Propenoic acid Natural products OC(=O)C=C NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GIPOFCXYHMWROH-UHFFFAOYSA-L 2-aminoacetate;iron(2+) Chemical compound [Fe+2].NCC([O-])=O.NCC([O-])=O GIPOFCXYHMWROH-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- PBWPWIZUYLTJNF-UHFFFAOYSA-N 2-aminoacetic acid;calcium Chemical compound [Ca].NCC(O)=O PBWPWIZUYLTJNF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VHYFNPMBLIVWCW-UHFFFAOYSA-N 4-Dimethylaminopyridine Chemical compound CN(C)C1=CC=NC=C1 VHYFNPMBLIVWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FHVDTGUDJYJELY-UHFFFAOYSA-N 6-{[2-carboxy-4,5-dihydroxy-6-(phosphanyloxy)oxan-3-yl]oxy}-4,5-dihydroxy-3-phosphanyloxane-2-carboxylic acid Chemical compound O1C(C(O)=O)C(P)C(O)C(O)C1OC1C(C(O)=O)OC(OP)C(O)C1O FHVDTGUDJYJELY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000936 Agarose Polymers 0.000 description 1
- 229920001661 Chitosan Polymers 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010020751 Hypersensitivity Diseases 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 229940072056 alginate Drugs 0.000 description 1
- 229920000615 alginic acid Polymers 0.000 description 1
- 235000010443 alginic acid Nutrition 0.000 description 1
- 208000026935 allergic disease Diseases 0.000 description 1
- 230000007815 allergy Effects 0.000 description 1
- 239000012752 auxiliary agent Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000002775 capsule Substances 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- VVYPIVJZLVJPGU-UHFFFAOYSA-L copper;2-aminoacetate Chemical compound [Cu+2].NCC([O-])=O.NCC([O-])=O VVYPIVJZLVJPGU-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000009881 electrostatic interaction Effects 0.000 description 1
- 238000004108 freeze drying Methods 0.000 description 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 1
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 1
- VOZRXNHHFUQHIL-UHFFFAOYSA-N glycidyl methacrylate Chemical compound CC(=C)C(=O)OCC1CO1 VOZRXNHHFUQHIL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 1
- 239000013067 intermediate product Substances 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 125000001570 methylene group Chemical group [H]C([H])([*:1])[*:2] 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000010526 radical polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 229910000030 sodium bicarbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000017557 sodium bicarbonate Nutrition 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 229940014800 succinic anhydride Drugs 0.000 description 1
- 238000000967 suction filtration Methods 0.000 description 1
- 210000004243 sweat Anatomy 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 238000005491 wire drawing Methods 0.000 description 1
- 230000029663 wound healing Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J3/00—Processes of treating or compounding macromolecular substances
- C08J3/24—Crosslinking, e.g. vulcanising, of macromolecules
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
- C08F2/00—Processes of polymerisation
- C08F2/46—Polymerisation initiated by wave energy or particle radiation
- C08F2/48—Polymerisation initiated by wave energy or particle radiation by ultraviolet or visible light
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
- C08F299/00—Macromolecular compounds obtained by interreacting polymers involving only carbon-to-carbon unsaturated bond reactions, in the absence of non-macromolecular monomers
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J3/00—Processes of treating or compounding macromolecular substances
- C08J3/02—Making solutions, dispersions, lattices or gels by other methods than by solution, emulsion or suspension polymerisation techniques
- C08J3/03—Making solutions, dispersions, lattices or gels by other methods than by solution, emulsion or suspension polymerisation techniques in aqueous media
- C08J3/075—Macromolecular gels
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J2355/00—Characterised by the use of homopolymers or copolymers, obtained by polymerisation reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds, not provided for in groups C08J2323/00 - C08J2353/00
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Medicinal Preparation (AREA)
Abstract
本发明提供了一种高粘附性缓释交联水凝胶及其制备方法。该高粘附性缓释交联水凝胶通过离子缓释交联剂逐步释放能够与水凝胶基体材料发生配位交联的离子，形成离子缓释交联网络结构，从而赋予水凝胶持续的高粘附性。本发明还将离子缓释交联与化学交联结合，形成多重网络交联结构，从而赋予水凝胶高内聚强度和持续的高粘附性，该水凝胶具备高粘度、可重复粘合、剥离无残留、快速成型的优点，且具备优异的力学性能。
Description
技术领域
本发明涉及水凝胶制备技术领域，尤其涉及一种高粘附性缓释交联水凝胶及其制备方法。
背景技术
水凝胶是一种具有三维网络结构且不溶于水的高分子材料，它的网络结构中含有大量的亲水基团，可在水环境中吸收相当大比例的水且具有稳定的保水性。水凝胶具备良好的生物相容性，使其在组织工程、药物释放、伤口愈合等领域有着广泛的应用。目前，由于智能电子产业如电子皮肤的大力发展，要求电子设备可承受折叠、拉伸、扭曲等变形，对材料的机械性能、抗疲劳性能都提出了更高的要求，由此水凝胶材料受到了越来越多的关注。
水凝胶较传统的材料，具有许多优点，如生物相容性好、能快速成型、容易透皮吸收、理想的重复粘贴性、保湿透气、无过敏等独特优势，是目前最为理想的用于组织工程的新产品。
然而，目前国内外水凝胶粘附材料普遍存在着粘附性不足的缺陷，诸如粘附性不强；贴附时易从皮肤患病部位滑落，尤其是活动较大的关节部位；还有部分水凝胶稳定性较差，经长时间放置后失水硬化，或因贴敷时吸收皮肤汗液而失去粘附性等问题。
此外，国内外水凝胶贴剂成型工艺耗时费力，整个水凝胶贴剂的制备时间较长，大大降低了水凝胶贴剂的制备效率。
有鉴于此，有必要设计一种改进的高粘附性缓释交联水凝胶及其制备方法，以解决上述问题。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高粘附性缓释交联水凝胶及其制备方法。该水凝胶通过离子缓释交联剂逐步释放能够与水凝胶基体材料发生配位交联的离子，形成离子缓释交联网络结构，从而赋予水凝胶持续的高粘附性，具备高粘度、可重复粘合、剥离无残留、快速成型的优点。
为实现上述发明目的，本发明提供了一种高粘附性缓释交联水凝胶，包括离子缓释交联网络结构，所述离子缓释交联网络结构包括水凝胶基体材料和离子缓释交联剂，所述离子缓释交联剂通过逐步释放能够与所述水凝胶基体材料发生配位交联的离子，形成所述离子缓释交联网络结构，以赋予所述水凝胶持续的高粘附性。
作为本发明的进一步改进，所述水凝胶基体材料为羧基改性的水凝胶基体材料，所述离子缓释交联剂为金属离子缓释交联剂。
作为本发明的进一步改进，所述金属离子缓释交联剂包括但不限于为铁离子、钙离子、铝离子、铜离子缓释交联剂中的一种或多种。
作为本发明的进一步改进，所述金属离子缓释交联剂包括但不限于为甘氨酸铝粉末，且所述水凝胶基体材料的pH值为7.5-9.5。
作为本发明的进一步改进，所述高粘附性缓释交联水凝胶还包括化学交联网络结构，所述化学交联网络结构和所述离子缓释交联网络结构赋予所述水凝胶高内聚强度和持续的高粘附性。
为实现上述目的，本发明还提供一种高粘附性缓释交联水凝胶的制备方法，包括将含羧基的水凝胶基体材料配制成pH值为7.5-9.5的基体溶液，然后向溶液中加入甘氨酸铝粉末，搅拌均匀后，光交联成型即得到所述高粘附性缓释交联水凝胶。
作为本发明的进一步改进，所述基体溶液的质量浓度为5％-10％，所述基体溶液中甘氨酸铝粉末的浓度为50-200g/L；所述pH值为8-9。
作为本发明的进一步改进，所述含羧基的水凝胶基体材料还包含烯烃基，所述基体溶液中还添加有自由基交联引发剂。
作为本发明的进一步改进，所述制备方法包括以下步骤：
S1.制备甲基丙烯酰化水凝胶基体材料；
S2.制备羧基化的甲基丙烯酰化水凝胶基体材料；
S3.将步骤S2制备的所述羧基化的甲基丙烯酰化水凝胶基体材料溶于去离子水中，并将溶液的pH值调节为8-9，然后依次加入自由基交联引发剂和甘氨酸铝粉末，搅拌均匀后，静置脱泡，然后注入模具中，紫外光引发交联，得到所述高粘附性缓释交联水凝胶。
作为本发明的进一步改进，所述水凝胶基体材料为聚乙烯醇。
本发明的有益效果是：
1.本发明提供的高粘附性缓释交联水凝胶，利用离子缓释交联剂的缓释特性，使得在水凝胶的整个使用时期内逐步形成离子缓释交联网络结构，从而使得水凝胶呈现出一个持续性的粘附效果。具体地：本发明利用金属离子缓释交联剂缓慢释放金属离子，与水凝胶基体材料的羧基发生配位，从而逐步形成离子缓释交联网络结构，一方面具有一定的增强作用，另一方面赋予其高粘附性。而且，制得的凝胶不会因为过度交联的原因，使得整个交联结构主要表现为“弹性”，而无法达到所需的“粘性”的效果。
2.本发明提供的高粘附性缓释交联水凝胶，采用弱碱性环境和甘氨酸铝粉末固体粉末实现离子缓释交联。如此操作，铝主要以甘氨酸铝固体粉末的形式存在，其中有少量的铝离子会游离出来。在甘氨酸铝自身结构中，铝形成一种三配位结构。在溶液中，甘氨酸铝充当着离子缓释交联的作用，一方面，通过甘氨酸铝中铝的配位交换，使得铝与羧基进行配位，达到一个平衡的状态，这使得水凝胶呈现出一个持续性的粘附效果；另一方面，少量游离的铝离子，也与羧基发生配位交联，使其达到持续的粘附效果。整个制备方法简单、制备效率高。
3.本发明提供的高粘附性缓释交联水凝胶，还通过在凝胶基体材料分子链上引入碳碳双键，引发自由基交联，形成牢固的化学交联网络结构；包埋在水凝胶中的离子缓释交联剂缓慢释放出离子，与水凝胶基体材料形成配位作用，从而在化学交联网络中缓慢形成第二重物理交联网络。如此制备得到的水凝胶的内聚强度和内聚力显著提高，综合性能优于单一作用机制构建的水凝胶，而且水凝胶体现出优异的高粘附性，能够重复粘贴和剥落这一过程并保持其高粘附性，且无凝胶残留现象。
附图说明
图1为实施例1中制备的PVA-GMA和PVA-GMA-COOH的核磁氢谱图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合具体实施例对本发明进行详细描述。
在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在具体实施例中仅仅示出了与本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
另外，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
本发明提供了一种高粘附性缓释交联水凝胶，包括离子缓释交联网络结构，所述离子缓释交联网络结构包括水凝胶基体材料和离子缓释交联剂，所述离子缓释交联剂通过逐步释放能够与所述水凝胶基体材料发生配位交联的离子，形成所述离子缓释交联网络结构，以赋予所述水凝胶持续的高粘附性。如此设置，利用离子缓释交联剂的缓释特性，使得离子缓释交联网络结构在水凝胶的整个使用时期内逐步形成，从而使得水凝胶呈现出一个持续性的粘附效果。
所述水凝胶基体材料为羧基改性的水凝胶基体材料，所述离子缓释交联剂为金属离子缓释交联剂。例如将含羧基的水凝胶基体材料配制成基体溶液，然后向溶液中加入金属离子缓释交联剂，搅拌均匀后，交联成型即得到所述高粘附性缓释交联水凝胶。可通过调节基体溶液的pH值或添加缓释助剂，从而控制金属离子缓释交联剂的缓释速率。利用金属离子缓释交联剂缓慢释放金属离子，与水凝胶基体材料的羧基发生配位，从而逐步形成离子缓释交联网络结构，一方面具有一定的增强作用，另一方面赋予其高粘附性。而且，制得的凝胶不会因为过度交联的原因，使得整个交联结构主要表现为“弹性”，而无法达到所需的“粘性”的效果。
所述金属离子缓释交联剂包括但不限于为铁离子、钙离子、铝离子、铜离子缓释交联剂中的一种或多种。如可通过将离子交联剂负载于缓释胶囊中实现缓释交联。
优选地，所述金属离子缓释交联剂包括但不限于为甘氨酸铝粉末，且所述水凝胶基体材料的pH值为7.5-9.5，优选为8-9。此时溶液处于弱碱性环境，铝主要以甘氨酸铝固体粉末的形式存在，其中有少量的铝离子会游离出来。在甘氨酸铝自身结构中，铝形成一种三配位结构。在溶液中，甘氨酸铝充当着离子缓释交联的作用，一方面，通过甘氨酸铝中铝的配位交换，使得铝与羧基进行配位，达到一个平衡的状态，这使得水凝胶呈现出一个持续性的粘附效果；另一方面，少量游离的铝离子，也与羧基发生配位交联，使其达到持续的粘附效果。
优选地，所述高粘附性缓释交联水凝胶还包括化学交联网络结构，所述化学交联网络结构和所述离子缓释交联网络结构赋予所述水凝胶高的内聚强度和持续的高粘附性。例如通过在凝胶基体材料分子链上引入碳碳双键，引发自由基交联，形成牢固的化学交联网络结构；包埋在水凝胶中的离子缓释交联剂缓慢释放出离子，与水凝胶基体材料形成配位作用，从而在化学交联网络中缓慢形成第二重物理交联网络。如此制备得到的水凝胶的综合性能优于单一作用机制构建的水凝胶，而且水凝胶体现出优异的高粘附性，能够重复粘贴和剥落这一过程并保持其高粘附性，且无凝胶残留现象。
所述水凝胶基体材料可以选自聚乙烯醇、海藻酸盐、壳聚糖、琼脂糖、丙烯酸等，优选为聚乙烯醇。通过对基体材料进行改性，在分子链上引入羧基和碳碳双键。本发明提供的高粘附性缓释交联水凝胶，还可包括氢键交联网络结构或静电作用交联网络结构等。
为实现上述目的，本发明还提供一种高粘附性缓释交联水凝胶的制备方法，包括将含羧基的水凝胶基体材料配制成pH值为7.5-9.5的基体溶液，然后向溶液中加入甘氨酸铝粉末，搅拌均匀后，交联成型即得到所述高粘附性缓释交联水凝胶。
所述基体溶液的质量浓度为5％-10％，所述基体溶液中甘氨酸铝粉末的浓度为50-200g/L；所述pH值为8-9。
所述含羧基的水凝胶基体材料还包含烯烃基，所述基体溶液中还添加有自由基交联引发剂。
所述制备方法包括以下步骤：
S1.制备甲基丙烯酰化水凝胶基体材料；
S2.制备羧基化的甲基丙烯酰化水凝胶基体材料；
S3.将步骤S2制备的所述羧基化的甲基丙烯酰化水凝胶基体材料溶于去离子水中，并将溶液的pH值调节为8-9，然后依次加入自由基交联引发剂和甘氨酸铝粉末，搅拌均匀后，静置脱泡，然后注入模具中，紫外光引发交联，得到所述高粘附性缓释交联水凝胶。
用此种方法制备的水凝胶能达到初粘力18#钢球以上，反复粘贴性具有10次以上的粘附效果。而目前同类产品的粘附性能也只能达到初粘力小于14#钢球，反复粘贴性小于7次的技术指标。本发明整个水凝胶的制备时间大大缩短，仅在10min之内即可固化成型，而传统的水凝胶贴剂制备过程复杂，耗时十几个小时甚至几天。此方法大大提高了水凝胶贴剂的制备效率。
以下实施例及对比例所制得的水凝胶粘附性能(初粘性、反复粘贴性)测试如下：
(1)初粘性
初粘性测试方法依据《中华人民共和国药典》第一部附录XII E，采用斜坡滚球测定，即将一不锈钢球置于30°角斜坡板上，从供试品粘性面滚过，根据供试品粘性面能够粘住的最大钢球，评价其初粘性大小。
(2)反复粘贴性
在清洁处理后的不锈钢板进行连续反复揭贴，直至粘不住不锈钢板为止，记录揭帖次数。
实施例1
一种高粘附性缓释交联水凝胶，通过以下步骤制备：
S1.甲基丙烯酰化聚乙烯醇的制备
在三口烧瓶中依次加入100ml的二甲亚砜、约5.0g聚乙烯醇，三口烧瓶放入恒温油浴锅，在40℃下搅拌使聚乙烯醇全部溶解，随后加入对二甲氨基吡啶催化剂0.11g，待其完全溶解后再加入甲基丙烯酸缩水甘油酯0.32g，30min后，将恒温油浴锅快速升温，待三口烧瓶中的溶液达到60℃后开始计时反应6h。反应结束后将溶液冷却至室温，随后将溶液倒入丙酮中析出形成乳白色絮状沉淀，之后每隔3h将沉淀捞出，放入丙酮中清洗，待清洗3-4次后，将产物放入真空干燥箱进行真空干燥4h。干燥得到的成品即为甲基丙烯酰化聚乙烯醇(PVA-GMA)。反应结构式如下式所示：
S2.羧基化的甲基丙烯酰化聚乙烯醇的制备
在三口烧瓶中倒入90mlDMSO，取第一步合成得到的PVA-GMA约3.0g加入DMSO溶剂中，三口烧瓶放入恒温油浴锅，40℃搅拌使PVA-GMA完全溶解。再另取10mlDMSO溶解0.3g丁二酸酐，将其缓慢滴加进三口烧瓶，30min后，将恒温油浴锅快速升温，待三口烧瓶中溶液温度达到60℃时开始计时反应6h。反应结束后将溶液冷却至室温，随后用1mol/L的碳酸氢钠溶液将其PH调节至8.5，之后将其倒入丙酮中沉淀，静置12h后通过抽滤将沉淀分离出来，并放入透析袋中透析。透析完成后，将产物倒入培养皿中放入冰箱冰冻，最后用冷冻干燥机冻干3d，即可得到白色絮状的羧基化的甲基丙烯酰化聚乙烯醇(PVA-GMA-COOH)。反应结构式如下式所示：
请参阅图1所示，1号谱图表征的是PVA-GMA，2号谱图表征的是PVA-GMA-COOH。对于1号谱图，在6.0和5.6的峰证明了碳碳双键的成功引入。与PVA-GMA相比较，2号图所代表的PVA-GMA-COOH只在2.1ppm和2.3ppm多了两处峰，a、b两个峰应归属于PVA-GMA-COOH上-CO-CH2-CH2-COOH中两个亚甲基的氢，证明了羧基的成功引入。
通过采用上述技术方案，以聚乙烯醇为原料，首先对聚乙烯醇进行适量的双键修饰制备出能够进行光交联的中间产物，在紫外光的照射下，光引发产生自由基，能够引发双键进行迅速的自由基聚合，这使得前驱体溶液能够在紫外照射下快速固化成型。随后，对能够进行光引发交联的甲基丙烯酰化聚乙烯醇修饰羧基，与单纯的以甲基丙烯酰化聚乙烯醇为原料制备的水凝胶相比，一方面，适量羧基的引入，水凝胶的力学性能得到了显著提升；另一方面，由于羧基的接枝引入，为后续聚合物侧基上的羧基基团与三价铝离子进行第二重离子交联提供了基础。
S3.前驱体溶液及水凝胶的制备
取第二步得到的PVA-GMA-COOH样品1g，加10ml去离子水，配成10％的PVA-GMA-COOH溶液，向溶液中加入0.01g光引发剂2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮，搅拌均匀后，再加入1.35g固体甘氨酸铝粉末(固体粉末按135g/L的比例添加)，用磁力搅拌器搅拌均匀后，静置一段时间脱泡。将脱泡后的PVA-GMA-COOH/甘氨酸铝溶液注射到聚四氟乙烯模具中，在波长为365nm、光强为60mW/cm2的紫外灯下正反各照射5min，即可得到成型的水凝胶。
通过采用上述技术方案，采用化学交联与离子缓释交联相结合的方法制备出单网络双交联结构的水凝胶，提高了水凝胶的内聚强度和内聚力，使其具有优良的粘附性能，还能使水凝胶在粘附过程中不会出现剥离残留、拉丝等现象。羧基化的甲基丙烯酰化聚乙烯醇溶液经紫外光照射引发交联形成网络；同时，甘氨酸铝缓慢释放三价铝离子与羧基通过配位作用相结合成离子键，导致网络结构更为致密，这也显著提高了水凝胶的力学性能。此外，聚乙烯醇本身就具有良好的成膜性和粘接性，经过双键和羧基修饰后的聚乙烯醇的分子链侧基上仍然含有大量的羟基，由此形成的分子内和分子间氢键，使得水凝胶具备良好的粘附性能。若单纯地使用氯化铝溶液与前驱体溶液进行混合，则会由于铝离子浓度过高，与羧基的过度交联导致溶液瞬间凝胶化，此时整个高分子结构主要表现为“弹性”，而无法达到所需的“粘性”效果。
本实施例制备的凝胶表现为乳白色。在保持凝胶不脱水的条件下将该凝胶放置一段时间，该凝胶即可表现出高粘性，且能重复粘贴和剥落这一过程并保持其高粘附性。
实施例2-3及对比例1-2
一种高粘附性缓释交联水凝胶，与实施例1相比，不同之处在于，在步骤S2中，所述pH值如表1所示，其他与实施例1大致相同，在此不再赘述。
表1实施例1-3及对比例1-2的pH值及粘附性能测试结果
| 试验例 | pH值 | 初粘性(钢球号数#) | 反复粘贴性(次) |
| 实施例1 | 8.5 | 20# | 12 |
| 实施例2 | 7.5 | 19# | 12 |
| 实施例3 | 9 | 20# | 11 |
| 对比例1 | 6.5 | 8# | 7 |
| 对比例2 | 10 | 9# | 5 |
从表1可以看出，将pH控制在8-9时，水凝胶的粘附性能最好。这是因为溶液处于弱碱性环境，铝主要以甘氨酸铝固体粉末的形式存在，其中有少量的铝离子会游离出来。在溶液中，甘氨酸铝充当着离子缓释交联的作用，一方面，通过甘氨酸铝中铝的配位交换，使得铝与羧基进行配位，达到一个平衡的状态，这使得水凝胶呈现出一个持续性的粘附效果；另一方面，少量游离的铝离子，也与羧基发生配位交联，使其达到持续的粘附效果。
实施例4-6及对比例3-4
一种高粘附性缓释交联水凝胶，与实施例1相比，不同之处在于，在步骤S3中，所述缓释交联剂种类如表2所示，其他与实施例1大致相同，在此不再赘述。
表2实施例1、4-6及对比例3-4的制备条件及粘附性能测试结果
| 试验例 | 缓释交联剂 | 初粘性(钢球号数#) | 反复粘贴性(次) |
| 实施例1 | 甘氨酸铝粉末 | 20# | 12 |
| 实施例4 | 甘氨酸钙粉末 | 12# | 4 |
| 实施例5 | 甘氨酸铜粉末 | 11# | 5 |
| 实施例6 | 甘氨酸亚铁粉末 | 11# | 5 |
| 对比例3 | 未添加 | 10# | 5 |
| 对比例4 | 甘氨酸铝溶液 | 14# | 10 |
从表2可以看出，加入甘氨酸铝粉末时，水凝胶的粘附性能最好。说明本发明通过甘氨酸铝缓慢释放金属离子，与水凝胶基体材料的羧基发生配位，从而逐步形成离子缓释交联网络结构，一方面具有一定的增强作用，另一方面赋予其高粘附性。
实施例7-9
一种高粘附性缓释交联水凝胶，与实施例1相比，不同之处在于，在步骤S1中，所述水凝胶基体材料种类如表3所示，其他与实施例1大致相同，在此不再赘述。
表3实施例1及7-9的制备条件及粘附性能测试结果
从表3可以看出，在本发明的交联体系下，其他水凝胶基体材料也具有较好的粘附性能。其中，以聚乙烯醇作为水凝胶基体材料时表现出的粘附性能最好。
综上所述，本发明提供的高粘附性缓释交联水凝胶，利用离子缓释交联剂的缓释特性，使得在水凝胶的整个使用时期内逐步形成离子缓释交联网络结构，从而使得水凝胶呈现出一个持续性的粘附效果。还通过在凝胶基体材料分子链上引入碳碳双键，引发自由基交联，形成牢固的化学交联网络结构；包埋在水凝胶中的离子缓释交联剂缓慢释放出离子，与水凝胶基体材料形成配位作用，从而在化学交联网络中缓慢形成第二重物理交联网络。如此制备得到的水凝胶的内聚强度和内聚力显著提高，综合性能优于单一作用机制构建的水凝胶，而且水凝胶体现出优异的高粘附性，能够重复粘贴和剥落这一过程并保持其高粘附性，且无凝胶残留现象。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (4)
1.一种高粘附性缓释交联水凝胶的制备方法，其特征在于，包括将含羧基的水凝胶基体材料配制成pH值为7.5-9.5的基体溶液，所述含羧基的水凝胶基体材料还包含烯烃基，所述基体溶液中还添加有自由基交联引发剂；然后向溶液中加入甘氨酸铝粉末，搅拌均匀后，交联成型即得到所述高粘附性缓释交联水凝胶；所述基体溶液的质量浓度为5％-10％，所述基体溶液中甘氨酸铝粉末的浓度为50-200g/L。
2.根据权利要求1所述的高粘附性缓释交联水凝胶的制备方法，其特征在于，所述pH值为8-9。
3.根据权利要求1所述的高粘附性缓释交联水凝胶的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
S1.制备甲基丙烯酰化水凝胶基体材料；
S2.制备羧基化的甲基丙烯酰化水凝胶基体材料；
S3.将步骤S2制备的所述羧基化的甲基丙烯酰化水凝胶基体材料溶于去离子水中，并将溶液的pH值调节为8-9，然后依次加入自由基交联引发剂和甘氨酸铝粉末，搅拌均匀后，静置脱泡，然后注入模具中，引发交联，得到所述高粘附性缓释交联水凝胶。
4.根据权利要求3所述的高粘附性缓释交联水凝胶的制备方法，其特征在于，所述水凝胶基体材料为聚乙烯醇。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110253279.4A CN112940303B (zh) | 2021-03-05 | 2021-03-05 | 高粘附性缓释交联水凝胶及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110253279.4A CN112940303B (zh) | 2021-03-05 | 2021-03-05 | 高粘附性缓释交联水凝胶及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112940303A CN112940303A (zh) | 2021-06-11 |
| CN112940303B true CN112940303B (zh) | 2022-07-01 |
Family
ID=76228861
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110253279.4A Active CN112940303B (zh) | 2021-03-05 | 2021-03-05 | 高粘附性缓释交联水凝胶及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112940303B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114573838B (zh) * | 2022-03-29 | 2023-08-18 | 电子科技大学 | 一种双键化琼脂糖/聚丙烯酸-Fe3+水凝胶及其制备方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5898004A (en) * | 1996-11-06 | 1999-04-27 | University Of Pittsburgh Of The Commonwealth System Of Higher Education | Polymerized crystalline colloidal array sensors |
| CN102614517A (zh) * | 2012-04-16 | 2012-08-01 | 武汉纺织大学 | 一种水凝胶贴剂基质的制备方法 |
| CN108410105A (zh) * | 2018-02-08 | 2018-08-17 | 武汉南雪药业有限公司 | 一种热敏感温水凝胶及双面透明膜变色退热贴 |
| CN111393675A (zh) * | 2020-03-18 | 2020-07-10 | 武汉纺织大学 | 快速成型自愈合水凝胶及其制备方法 |
-
2021
- 2021-03-05 CN CN202110253279.4A patent/CN112940303B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5898004A (en) * | 1996-11-06 | 1999-04-27 | University Of Pittsburgh Of The Commonwealth System Of Higher Education | Polymerized crystalline colloidal array sensors |
| CN102614517A (zh) * | 2012-04-16 | 2012-08-01 | 武汉纺织大学 | 一种水凝胶贴剂基质的制备方法 |
| CN108410105A (zh) * | 2018-02-08 | 2018-08-17 | 武汉南雪药业有限公司 | 一种热敏感温水凝胶及双面透明膜变色退热贴 |
| CN111393675A (zh) * | 2020-03-18 | 2020-07-10 | 武汉纺织大学 | 快速成型自愈合水凝胶及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112940303A (zh) | 2021-06-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108929412B (zh) | 一种温度响应的粘附性可注射水凝胶的制备方法 | |
| CN110240712B (zh) | 一种组织粘合用的高拉伸、高粘性、自愈合双网络水凝胶及其制备方法和应用 | |
| WO2021037269A1 (zh) | 一种具有自愈合性能的聚乙烯亚胺-聚乙烯醇水凝胶的制备方法 | |
| CN107626002B (zh) | 一种响应型医用凝胶及其制备方法与应用 | |
| CN111072848A (zh) | 一种粘性可控的水凝胶及其制备方法与应用 | |
| Chen et al. | Mussel-inspired ultra-stretchable, universally sticky, and highly conductive nanocomposite hydrogels | |
| CN109180970B (zh) | 一种柠檬酸交联壳聚糖和多巴胺的水凝胶及其制备方法 | |
| AU2020100879A4 (en) | Preparation method of 4d chitosan-based thermosensitive hydrogel | |
| CN109331216B (zh) | 一种快速止血水凝胶及其制备方法 | |
| CN112341640B (zh) | 一种生物基自修复水凝胶及其制备方法和应用 | |
| CN114767919B (zh) | 一种快速止血用水凝胶粉末及制备方法与应用 | |
| CN114404649A (zh) | 一种具有pH/葡萄糖双响应性释放二甲双胍的水凝胶及制备方法和应用 | |
| CN108484936B (zh) | 一种接枝改性材料所制备的水凝胶及其制备方法和应用 | |
| CN105999391B (zh) | 一种海藻酸水凝胶敷料的制备方法 | |
| CN113368312B (zh) | 一种可生物降解自粘附水凝胶的制备方法及其应用 | |
| CN111635480A (zh) | 一种抗溶胀水凝胶材料及其制备方法 | |
| CN112940303B (zh) | 高粘附性缓释交联水凝胶及其制备方法 | |
| KR102347902B1 (ko) | 듀얼네트워크 구조의 하이드로겔을 이용한 인체 삽입형 확장기 | |
| CN109942839A (zh) | 一种具有抗菌及自粘附性的原位自由基聚合凝胶、其制备方法及用途 | |
| CN111978568B (zh) | 一种邻苯二酚改性壳聚糖-海藻酸盐双网络水凝胶的制备方法 | |
| Tan et al. | Covalently crosslinked chitosan-poly (ethylene glycol) hybrid hydrogels to deliver insulin for adipose-derived stem cells encapsulation | |
| Shen et al. | Simple preparation of a waterborne polyurethane crosslinked hydrogel adhesive with satisfactory mechanical properties and adhesion properties | |
| CN112358572B (zh) | 一种可见光原位快速构建的高强度水凝胶的前驱体及其制备方法和使用方法 | |
| CN113527583A (zh) | 一种医用抗菌冷敷水凝胶及其制备方法 | |
| CN110845742B (zh) | 水凝胶基材及其制备方法和在生物医用领域的应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20240115 Address after: 201400 No. 311, Nanqiao Road, Nanqiao Town, Fengxian District, Shanghai Patentee after: Shanghai Qinxinze Instrument Co.,Ltd. Address before: Room 1018-15, Building 23, Times Square, Suzhou Industrial Park, Suzhou Area, China (Jiangsu) Pilot Free Trade Zone, Suzhou City, Jiangsu Province, 215000 Patentee before: Suzhou 30 billion Technology Co.,Ltd. Effective date of registration: 20240115 Address after: Room 1018-15, Building 23, Times Square, Suzhou Industrial Park, Suzhou Area, China (Jiangsu) Pilot Free Trade Zone, Suzhou City, Jiangsu Province, 215000 Patentee after: Suzhou 30 billion Technology Co.,Ltd. Address before: 430200 1 Sunshine Avenue, Jiangxia District, Wuhan, Hubei. Patentee before: Wuhan Textile University |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20240207 Address after: 225600 Changjiang Road, Gaoyou Economic Development Zone, Yangzhou City, Jiangsu Province Patentee after: JIANGSU OPERA MEDICAL SUPPLIES CO.,LTD. Country or region after: China Address before: 201400 No. 311, Nanqiao Road, Nanqiao Town, Fengxian District, Shanghai Patentee before: Shanghai Qinxinze Instrument Co.,Ltd. Country or region before: China |
|
| TR01 | Transfer of patent right |