CN114395071B - 一种高透明、可黏附、自愈合水凝胶薄膜及其制备方法 - Google Patents

一种高透明、可黏附、自愈合水凝胶薄膜及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种高透明、可黏附、自愈合水凝胶薄膜及其制备方法。其中，4‑二氢嘧啶‑2‑基脲基甲基丙烯酸乙酯(UPyMA)单体的加入赋予了水凝胶良好的粘附性能，可以粘在包括玻璃、金属、动物组织和塑料等多种基底物质的表面，同时由于UPyMA单体中的四重氢键结构的存在，使得水凝胶具有良好的自愈合能力。而丙烯酸(AA)单体和丙烯酸二甲基氨基乙酯(DMAEA)单体则可以分别作为阴离子和阳离子单体，通过阴阳离子相互作用形成离子交联动态网络。此外，甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯(PEGA)单体还可以提供高分子链缠结网络，进一步提高了水凝胶的结构稳定性。

Description

一种高透明、可黏附、自愈合水凝胶薄膜及其制备方法
技术领域
本发明属于材料技术领域，具体涉及一种高透明、可黏附、自愈合水凝胶薄膜及其制备方法。
背景技术
水凝胶是指一种由化学或物理交联形成三维网络高分子结构的固体或半固体材料，可通过聚合物的溶胀从而保持较高的含水量，质地柔软，其力学性能与生物肌体组织相似，且具有良好的生物相容性，在生物医学领域具有较为广泛的应用前景，如组织粘合剂、药物控制释放体系、创伤敷料及可穿戴生物传感器等。然而，大部分传统的高分子水凝胶由于含水量大，导致其力学强度较弱且韧性不足，较易由于外力、液体或化学物质的侵蚀而受损，从而影响其结构的完整性、使用性能和使用寿命。随着应用场景对水凝胶材料要求的不断提高，传统水凝胶的强度和变形能力均难以满足很多实际应用的要求，因此发展新型水凝胶材料具有非常重要的科学意义。
自愈合作为一种在生物组织内普遍存在的性能，在过去的十年里受到广泛的关注，如果能够赋予水凝胶自愈合性能，使其能够通过宏观、微观等多种机制抑制凝胶破坏，修复损伤，则可以延长其使用寿命，同时增加凝胶安全性和保持功能完整性。现如今，越来越多的科研人员选择将自愈合性能引入到智能水凝胶中来提升凝胶的应用前景。自愈合水凝胶作为一种新型自愈性材料，因其在软组织材料修复、药物载体及组织工程等领域已显现的卓越性能，成为近年来医用创新材料研究的重要热点之一。自愈合通常是指材料受到外部损伤后，能够经自身修复在形态、性能上接近或达到损伤前的状态。迄今为止，愈合性材料的愈合机制一般分为外源性和内源性两种。外源性自愈合材料具有非原材料的愈合能力，可纳入材料系统中，如：被微胶囊包裹的愈合剂或分散在微管网络中的愈合剂，通过将愈合剂输送到裂缝中发生的聚合或化学反应来启动愈合过程，但其愈合次数有限，愈合效率一般较低。内源性自愈合材料的愈合能力主要依赖于断裂重组的可逆相互作用，包括动态共价键(如Diels-Alder反应、二硒键、硼酸酯键、二硫键等)和超分子相互作用(如氢键、主客体相互作用、离子相互作用、金属-配体相互作用等)。大部分物理自愈合水凝胶都是通过超分子相互作用实现的，此类自愈合不需要外部刺激，但水凝胶的稳定性和强度有待提高。而动态共价键化学基自愈合水凝胶通常需要外部刺激，如pH值、光照或者温度的调节，来诱导共价键反应实现凝胶的自愈合。
目前，高分子水凝胶存在着自愈合、机械强度等综合性能与结构无法共同提高等挑战，对于非共价键相互作用的水凝胶，其结构普遍不稳定、力学性能欠佳，不利于其在临床上的推广与产业化；对于共价键作为交联点构建的水凝胶，其机械强度与交联度总是无法同时满足应用所需的最佳条件。
因此，有必要研发一款具有理想的综合性能的高分子水凝胶。
发明内容
本发明的目的在于解决高分子水凝胶存在的自愈合、机械强度等综合性能与结构无法共同提高的不足之处，而提供了一种高透明、可黏附、自愈合水凝胶薄膜及其制备方法。
本发明的构思：
鉴于背景技术中提到的内源性愈合机制存在的自愈合、机械强度等综合性能与结构无法共同提高的问题，本发明研究团队提供一种基于四重氢键、阴阳离子相互作用以及链缠结作用的自愈合水凝胶及其制备方法。其中，4-二氢嘧啶-2-基脲基甲基丙烯酸乙酯(UPyMA)单体的加入赋予了水凝胶良好的粘附性能，可以粘在包括玻璃、金属、动物组织和塑料等多种基底物质的表面，同时由于UPyMA单体中的四重氢键结构的存在，使得水凝胶具有良好的自愈合能力。而丙烯酸(AA)单体和丙烯酸二甲基氨基乙酯(DMAEA)单体则可以分别作为阴离子和阳离子单体，通过阴阳离子相互作用形成离子交联动态网络。此外，甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯(PEGA)单体还可以提供高分子链缠结网络，进一步提高了水凝胶的结构稳定性。
这种水凝胶不需要添加具有生物/细胞毒性的交联剂，反应简单且条件温和，且所制得的水凝胶具有良好的生物相容性和生物可降解性。该反应体系既克服了物理相互作用交联的结构不稳定，力学性能欠佳等缺点，又能解决单一化学键交联的水凝胶弹性与可塑性差的问题，从而达到发明目的。
为实现上述目的，本发明所提供的技术解决方案是：
一种高分子水凝胶，其特殊之处在于：该高分子水凝胶由高分子链聚合物形成；
所述高分子链聚合物为甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯、丙烯酸二甲基氨基乙酯、丙烯酸和4-二氢嘧啶-2-基脲基甲基丙烯酸乙酯的共聚物；结构式为：
Figure GDA0003961357660000041
其中，x∶y∶z∶w为3∶1～3∶6∶1～3；最优比值为3∶1∶6∶1；
n为8～10；最优值为9。
进一步地，其内部的网络结构包括由4-二氢嘧啶-2-基脲基甲基丙烯酸乙酯(UPyMA)单体提供的四重氢键动态网络、丙烯酸(AA)和丙烯酸二甲基氨基乙酯(DMAEA)提供的离子交联动态网络以及甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯(PEGA)提供的高分子链缠结网络。
上述高分子水凝胶的制备方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
1)采用2-氨基-4-羟基-6-甲基嘧啶(UPy)与甲基丙烯酸异氰基乙酯(IEM)进行酰基化反应，得到4-二氢嘧啶-2-基脲基甲基丙烯酸乙酯(UPyMA)；
2)将甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯(PEGA)、丙烯酸(AA)、丙烯酸二甲基氨基乙酯(DMAEA)与步骤1)得到的4-二氢嘧啶-2-基脲基甲基丙烯酸乙酯(UPyMA)溶解在溶剂A中，随后加入引发剂偶氮二异丁腈(AIBN)进行自由基聚合反应，得到反应液；
3)将步骤2)得到的反应液在70-80℃下充分干燥(24～48h)固化后得到高分子水凝胶。
进一步地，步骤1)具体为：将2-氨基-4-羟基-6-甲基嘧啶(UPy)与甲基丙烯酸异氰基乙酯(IEM)分别溶解在有机溶剂中形成各自的有机溶液，随后将甲基丙烯酸异氰基乙酯的有机溶液逐滴滴加到2-氨基-4-羟基-6-甲基嘧啶的有机溶液中，在室温条件下搅拌进行反应，多次洗涤反应产物干燥后，得到4-二氢嘧啶-2-基脲基甲基丙烯酸乙酯(UPyMA)单体。
进一步地，步骤1)中，2-氨基-4-羟基-6-甲基嘧啶(UPy)与甲基丙烯酸异氰基乙酯(IEM)的摩尔比为1∶1～1.5；
反应时间为5～10h；
有机溶剂为二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺或石油醚，其中，二甲基亚砜为最优选择；
采用丙酮对反应产物离心洗涤多次(优选3次)，并真空干燥后得到4-二氢嘧啶-2-基脲基甲基丙烯酸乙酯(UPyMA)单体。
进一步地，步骤2)具体为：
将甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯(PEGA)、丙烯酸(AA)、丙烯酸二甲基氨基乙酯(DMAEA)与步骤1)得到的4-二氢嘧啶-2-基脲基甲基丙烯酸乙酯(UPyMA)按照摩尔比为3∶6∶1～6∶1～3溶解在溶剂A中，加入引发量(自由基聚合的引发剂用量一般均为所用单体的总摩尔量的千分之一)的引发剂偶氮二异丁腈(AIBN)，连续抽真空通氮气多次(优选3次)后，在60～80℃下连续搅拌反应12～24h，得到反应液。
进一步地，步骤2)中，所述溶剂A为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二乙基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二氯甲烷或三氯甲烷中的一种或几种，其中，N,N-二甲基甲酰胺为最优。
上述高分子水凝胶在药物控释、伤口敷料以及可穿戴生物传感器中的应用。
本发明还提供了一种高分子水凝胶薄膜，其特殊之处在于：原料为上述高分子水凝胶。
上述高分子水凝胶薄膜的制备方法，其特殊之处在于：在制备高分子水凝胶的步骤2)之后，将得到的反应液置于所需的模具中，在70～80℃下充分干燥24～48h即可得到高分子水凝胶薄膜。即，制备薄膜的前两步与制备高分子水凝胶前两步的方法一样，不同之处在于，步骤3)时，将步骤2)得到的反应液置于所需的模具中进行充分干燥固化。
本发明的机理：
本发明直接以2-氨基-4-羟基-6-甲基嘧啶为原料，与甲基丙烯酸异氰基乙酯在常温下通过酰基化反应制得4-二氢嘧啶-2-基脲基甲基丙烯酸乙酯(UPyMA)；随后，将适量的甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯(PEGA)、丙烯酸(AA)、丙烯酸二甲基氨基乙酯(DMAEA)与4-二氢嘧啶-2-基脲基甲基丙烯酸乙酯(UPyMA)单体在溶剂中溶解，由偶氮二异丁腈引发进行自由基聚合12～24h，得到具有包括四重氢键动态网络、离子交联动态网络以及高分子链缠结网络在内的三重网络PADU水凝胶薄膜。本发明中水凝胶薄膜的合成原理具体是4-二氢嘧啶-2-基脲基甲基丙烯酸乙酯提供的四重氢键以及丙烯酸和丙烯酸二甲基氨基乙酯提供的阴阳离子相互作用可分别通过物理交联和化学交联形成具有高透明性及可黏附的可自愈合水凝胶薄膜，另外，甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯提供的链缠结可在一定程度上提高水凝胶的力学强度。
本发明的有益效果：
1.本发明的原料来源广泛，制备方法简便易行，产品性质稳定。首先合成了具有四重氢键结构的4-二氢嘧啶-2-基脲基甲基丙烯酸乙酯单体，然后加入丙烯酸、甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯和丙烯酸二甲基氨基乙酯通过自由基聚合反应制备出基于四重氢键和阴阳离子相互作用以及链缠结作用三重网络的水凝胶薄膜材料。本发明同时引入了四重氢键作用，阴阳离子相互作用和链缠结作用形成三重网络，即通过四重氢键和阴阳离子相互作用以及链缠结作用形成4-二氢嘧啶-2-基脲基甲基丙烯酸乙酯与丙烯酸、丙烯酸二甲基氨基乙酯及甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯的共聚物，调控4-二氢嘧啶-2-基脲基甲基丙烯酸乙酯与丙烯酸二甲基氨基乙酯的投料比，并经通过自由基聚合的方式制备了具有优异机械性能、力学性能的PADU自愈合高分子水凝胶，且该高分子水凝胶表现出对湿润生物组织的强黏附作用。
2.本发明制备水凝胶薄膜不需要添加具有生物/细胞毒性的交联剂或引发剂，反应条件温和，并且所制得的水凝胶薄膜具有高透明性、可黏附、自愈合性、抑菌性、生物相容性良好、生物降解性的优点，应用范围广泛。该反应体系既克服了物理相互作用交联的结构不稳定，力学性能欠佳等缺点，又能解决单一化学键交联的水凝胶弹性与可塑性差的问题；即在保证水凝胶自愈合特性的同时提高其力学性能及结构稳定性。
3.本发明制备的高分子水凝胶是基于四重氢键和阴阳离子相互作用以及链缠结作用三重网络的具有高透明性、可黏附、自愈合水凝胶，稳定性更高、力学强度更强，可用于药物控释、伤口敷料以及可穿戴生物传感器等领域，具有广泛的应用范围；并且本发明对制得的水凝胶薄膜的力学性能及自愈合性能进行测试，水凝胶薄膜拉伸强度和伸长率分别为1.46MPa和1170％，明显高于单网络水凝胶；水凝胶薄膜切断后在37℃温度下愈合12h可基本完成愈合过程，愈合后的水凝胶薄膜拉伸强度为0.4MPa；对制得的水凝胶薄膜的透明性进行了测试，并将其与商业化聚酰亚胺薄膜的透光情况进行了对照，该水凝胶薄膜在可见光区的透光率可达到85％，且相较商业化聚酰亚胺薄膜的透光范围更宽；最后采用菌落计数法和活死染色法分别检测了水凝胶薄膜的抗菌性以及细胞毒性，证实了其具有一定的抗菌性且无细胞毒性。
附图说明
图1是本发明的机理解释图；
图2是实施例1制得的PADU水凝胶薄膜的红外谱图；
图3是实施例1制得的PADU水凝胶薄膜的应力应变曲线图；
图4是实施例1制得的PADU水凝胶薄膜的自愈合实验(a)图和愈合后PADU水凝胶薄膜的拉伸强度(b)曲线图；
图5是实施例1制得的PADU水凝胶薄膜的透明性示意(a)图和商业化聚酰亚胺薄膜(PI)的透明性示意(b)图；
图6是实施例1制得的水凝胶薄膜黏附性示意图；
图7是实施例1制得的水凝胶薄膜的抗菌性示意图；
图8为实施例1制得的PADU水凝胶薄膜的生物相容性示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明的内容作进一步的详细描述：
如图1所示，本发明方法是通过2-氨基-4-羟基-6-甲基嘧啶与甲基丙烯酸异氰基乙酯的酰基化反应得到具有四重氢键结构的4-二氢嘧啶-2-基脲基甲基丙烯酸乙酯(UPyMA)，随后，将甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯(PEGA)、丙烯酸(AA)、丙烯酸二甲基氨基乙酯(DMAEA)与4-二氢嘧啶-2-基脲基甲基丙烯酸乙酯(UPyMA)单体在溶剂中溶解，由偶氮二异丁腈引发进行自由基聚合，得到具有包括四重氢键动态网络、离子交联动态网络以及高分子链缠结网络在内的三重网络PADU水凝胶薄膜。制得的PADU水凝胶薄膜具有优异的力学性能、自愈合性能，并且无细胞毒性，在组织工程和药物释放方面有广阔前景。
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下通过实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。因此，在权利要求书及其等同物的范围内，可以通过与以下具体描述不同的方式实施本发明。
实施例1
遵从上述技术方案，本实施例给出一种高透明、可黏附、自愈合水凝胶薄膜的制备方法，包括以下步骤：
1)将1126.17mg的2-氨基-4-羟基-6-甲基嘧啶(2-Amino-4-hydroxy-6-methylpyrimidine,UPy)和27mL的二甲基亚砜(Dimethyl sulfoxide,DMSO)放置于100mL的茄形瓶中，在100℃的油浴锅中搅拌至完全溶解后取出，恢复至室温。将1656μL的甲基丙烯酸异氰基乙酯(2-Isocyanatoethyl methacrylate)与1170μL的二甲基亚砜(DMSO)放置于20mL的样品瓶中，振荡至完全混合后，将其逐滴滴入茄形瓶中，在室温下搅拌反应10h，以7000rpm的转速离心沉降10min，用塑料滴管吸去上层清液，将底层产物分散在丙酮中转移到F号的60mL砂芯漏斗中，通过抽滤除去未反应的物质及副产物，将砂芯漏斗放置在真空干燥箱中，在35℃下充分干燥24h后得到的白色粉末即为产物4-二氢嘧啶-2-基脲基甲基丙烯酸乙酯单体(UPyMA)；
2)将50mg的步骤1)制得的4-二氢嘧啶-2-基脲基甲基丙烯酸乙酯(UPyMA)粉末置于100mL的史兰克瓶中，用移液枪先后量取155μL的丙烯酸(AA)，497μL的甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯(PEGMA)以及58μL的丙烯酸二甲基氨基乙酯(DMAEA)后，再加入1170μL的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和0.34mg的引发剂偶氮二异丁腈(AIBN)，在70℃油浴中搅拌反应24h。反应结束后，超声10min，用移液枪吸取一定量溶液放置于长方体模具中，在70℃下干燥24h即可得到具有高透明性的、可黏附、自愈合水凝胶薄膜PADU。
通过傅里叶变换衰减全反射红外光谱(ATR-IR)对制得的自愈合水凝胶薄膜PADU的内部分子结构进行了表征，并将表征的结果与各单体的本体聚合产物在相同测试条件下的红外谱图进行了对比。如图2所示，在PADU聚合物中，1724cm-1处代表PEGA中羰基的伸缩振动峰，1666cm-1处代表PUPyMA中C＝N的伸缩振动峰，另外1249cm-1处代表PUPyMA中C-N的伸缩振动峰,在1576cm-1处形成的峰代表PAA中羰基的伸缩振动峰，1453cm-1处代表PDMAEA中C-N的伸缩振动峰。
将制得的自愈合水凝胶薄膜切成尺寸为35mm×10mm×2mm的长方体形状，以5mm/min的速度进行拉伸，每组选择三个样品进行测试。PADU的杨氏模量为1.34KPa，伸长率为1178％,如图3所示。PADU水凝胶薄膜的内部网络结构中存在由PUPyMA提供的四重氢键结构，该结构通过增大物理交联密度使得水凝胶的网络结构更加紧密。此外，PAA和PDMAEA的阴阳离子相互作用以及PEGA的链缠结作用都会使得PADU水凝胶薄膜的结构稳定性进一步提高。
如图4中的(a)所示，用清洗干净的刀片将实施例1制得的PADU水凝胶薄膜切成两段，随后立即将切口对齐,发现两块水凝胶在瞬时即可形成良好的自愈合效果，且能承受一定程度的形变。
为了定量的表征上述PADU水凝胶薄膜的自愈合效果，在把水凝胶薄膜切成两半后即将切口对齐放置于37℃的真空烘箱中，在不同时长下进行修复，待试样冷却后用万能试验机进行拉伸试验，如图4中的(b)所示，并根据下式计算其在不同愈合时长下的自愈合效率：
Figure GDA0003961357660000121
如图5中的(a)所示，通过紫外可见分光光度计(UV-Vis)对实施例1制得的PADU水凝胶薄膜进行了透明度测试,测得该水凝胶薄膜在可见光区的透光率可达到85％。
在相同的测试条件下也对商业化聚酰亚胺薄膜的透光性进行了测试，如图5中的(b)所示,测得其透光率为86％，与实施例1制得的PADU水凝胶薄膜的透明性相当，但在可见光区的透光范围较窄。
由此可见，制得的PADU水凝胶薄膜与商业化聚酰亚胺薄膜的透光率相当，但PADU水凝胶薄膜在可见光区的透光范围更宽。
如图6所示，将实施例1制得的PADU水凝胶薄膜分别与不同的基底进行接触，发现该薄膜与常见的塑料、橡胶、金属、玻璃及生物组织均具有良好的可黏附性；原因在于PADU水凝胶薄膜中的PAA和UPyMA分子中四重氢键均可为水凝胶薄膜提供良好黏附行为。
如图7所示，将实施例1制得的PADU水凝胶薄膜与耐四环素的大肠杆菌和耐甲氧西林的金黄色葡萄球菌在37℃的恒温培养箱中充分孵育4h后，将100μL菌液转移至96孔板中，按10倍浓度梯度对菌液进行梯度稀释。随后，使用多通道移液器移取5μL稀释后的菌液滴加于灭菌的LB固培养基平板上，再将培养基放置在37℃的恒温培养箱中。12h后取出培养基，采用平板计数法表征了该水凝胶薄膜对于这两种耐药菌的抗菌性，发现其对二者的抗菌率均可达到95％以上。由此可见，PADU水凝胶薄膜对耐四环素的大肠杆菌和耐甲氧西林的金黄色葡萄球菌均具有较好的抗菌性，也进一步说明制得的自愈合水凝胶薄膜可应用在组织工程和伤口敷料等方面。
如图8所示，通过活死染色法评估了实施例1制得的PADU水凝胶薄膜的细胞毒性。活细胞/死细胞双染色试剂盒包含活细胞荧光染色剂钙黄绿素乙酰氧基甲酯(calcein AM)及死细胞荧光染色剂碘化丙啶(PI)。使用前，将1μL calcein AM溶液和0.5μL PI溶液加入2mL染料稀释液中进行稀释。将实施例1制得的PADU水凝胶薄膜经紫外灯照射充分灭菌后，与复苏好的成纤维细胞在37℃，5％CO2的恒温培养箱中共孵育24h，吸去上层培养基，之后加入40μL配制好的活死染色剂，在37℃、5％CO2的条件下遮光染色30min后，吸去染色液，使用智能全自动活细胞荧光显微成像系统观察染色后的细胞状态，证实了该水凝胶薄膜具有良好的生物相容性，说明制得的自愈合水凝胶薄膜可应用在组织工程和伤口敷料等方面。
实施例2
一种高透明、可黏附、自愈合水凝胶薄膜的制备方法，包括以下步骤：
1)将1126.17mg的2-氨基-4-羟基-6-甲基嘧啶(2-Amino-4-hydroxy-6-methylpyrimidine,UPy)和27mL的二甲基亚砜(Dimethyl sulfoxide,DMSO)放置于100mL的茄形瓶中，在100℃的油浴锅中搅拌至完全溶解后取出，恢复至室温。将1435μL的甲基丙烯酸异氰基乙酯(2-Isocyanatoethyl methacrylate)与1170μL的二甲基亚砜(DMSO)放置于20mL的样品瓶中，振荡至完全混合后，将其逐滴滴入茄形瓶中，在室温下搅拌反应8h，以7000rpm的转速离心沉降10min，用塑料滴管吸去上层清液，将底层产物分散在丙酮中转移到F号的60mL砂芯漏斗中，通过抽滤除去未反应的物质及副产物，将砂芯漏斗放置在真空干燥箱中，在35℃下充分干燥24h后得到的白色粉末即为产物4-二氢嘧啶-2-基脲基甲基丙烯酸乙酯单体(UPyMA)；
2)将150mg的步骤1)制得的4-二氢嘧啶-2-基脲基甲基丙烯酸乙酯(UPyMA)粉末置于100mL的史兰克瓶中，用移液枪先后量取155μL的丙烯酸(AA)，497μL的甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯(PEGMA)以及58μL的丙烯酸二甲基氨基乙酯(DMAEA)后，再加入1170μL的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和0.40mg的引发剂偶氮二异丁腈(AIBN)，在60℃油浴中搅拌反应12h。反应结束后，超声10min，用移液枪吸取一定量溶液放置于长方体模具中，在80℃下干燥48h即可得到具有高透明性的、可黏附、自愈合水凝胶薄膜PADU。
将制得的自愈合水凝胶薄膜切成尺寸为35mm×10mm×2mm的长方体形状，以5mm/min的速度进行拉伸，每组选择三个样品进行测试。PADU的杨氏模量为9.08KPa，伸长率为138％。
实施例3
一种高透明、可黏附、自愈合水凝胶薄膜的制备方法，包括以下步骤：
1)将1126.17mg的2-氨基-4-羟基-6-甲基嘧啶(2-Amino-4-hydroxy-6-methylpyrimidine,UPy)和27mL的二甲基亚砜(Dimethyl sulfoxide,DMSO)放置于100mL的茄形瓶中，在100℃的油浴锅中搅拌至完全溶解后取出，恢复至室温。将1104μL的甲基丙烯酸异氰基乙酯(2-Isocyanatoethyl methacrylate)与1170μL的二甲基亚砜(DMSO)放置于20mL的样品瓶中，振荡至完全混合后，将其逐滴滴入茄形瓶中，在室温下搅拌反应5h，以7000rpm的转速离心沉降10min，用塑料滴管吸去上层清液，将底层产物分散在丙酮中转移到F号的60mL砂芯漏斗中，通过抽滤除去未反应的物质及副产物，将砂芯漏斗放置在真空干燥箱中，在35℃下充分干燥24h后得到的白色粉末即为产物4-二氢嘧啶-2-基脲基甲基丙烯酸乙酯单体(UPyMA)；
2)将50mg的步骤1)制得的4-二氢嘧啶-2-基脲基甲基丙烯酸乙酯(UPyMA)粉末置于100mL的史兰克瓶中，用移液枪先后量取155μL的丙烯酸(AA)，497μL的甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯(PEGMA)以及174μL的丙烯酸二甲基氨基乙酯(DMAEA)后，再加入1170μL的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和0.40mg的引发剂偶氮二异丁腈(AIBN)，在80℃油浴中搅拌反应18h。反应结束后，超声10min，用移液枪吸取一定量溶液放置于长方体模具中，在75℃下干燥36h即可得到具有高透明性的、可黏附、自愈合水凝胶薄膜PADU。
将制得的自愈合水凝胶薄膜切成尺寸为35mm×10mm×2mm的长方体形状，以5mm/min的速度进行拉伸，每组选择三个样品进行测试。PADU的杨氏模量为3.83KPa，伸长率为508％。
上面对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，均属于本发明的保护之内。

Claims (9)

1.一种高分子水凝胶，其特征在于：该高分子水凝胶由高分子链聚合物形成；
所述高分子链聚合物为甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯、丙烯酸二甲基氨基乙酯、丙烯酸和4-二氢嘧啶-2-基脲基甲基丙烯酸乙酯的共聚物；结构式为：
Figure FDA0003961357650000011
其中，x∶y∶z∶w为3∶1～3∶6∶1～3；n为8～10。
2.根据权利要求1所述的高分子水凝胶，其特征在于：其内部的网络结构包括由4-二氢嘧啶-2-基脲基甲基丙烯酸乙酯单体提供的四重氢键动态网络、丙烯酸和丙烯酸二甲基氨基乙酯提供的离子交联动态网络以及甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯提供的高分子链缠结网络。
3.权利要求1或2所述高分子水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)采用2-氨基-4-羟基-6-甲基嘧啶与甲基丙烯酸异氰基乙酯进行酰基化反应，得到4-二氢嘧啶-2-基脲基甲基丙烯酸乙酯；
2)将甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯、丙烯酸、丙烯酸二甲基氨基乙酯与步骤1)得到的4-二氢嘧啶-2-基脲基甲基丙烯酸乙酯溶解在溶剂A中，随后加入引发剂偶氮二异丁腈进行自由基聚合反应，得到反应液；
3)将步骤2)得到的反应液在70-80℃下充分干燥固化后得到高分子水凝胶。
4.根据权利要求3所述高分子水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤1)具体为：
将2-氨基-4-羟基-6-甲基嘧啶与甲基丙烯酸异氰基乙酯分别溶解在有机溶剂中形成各自的有机溶液，随后将甲基丙烯酸异氰基乙酯的有机溶液逐滴滴加到2-氨基-4-羟基-6-甲基嘧啶的有机溶液中，在室温条件下搅拌进行反应，多次洗涤反应产物干燥后，得到4-二氢嘧啶-2-基脲基甲基丙烯酸乙酯。
5.根据权利要求4所述高分子水凝胶的制备方法，其特征在于：
步骤1)中，2-氨基-4-羟基-6-甲基嘧啶与甲基丙烯酸异氰基乙酯的摩尔比为1∶1～1.5；
反应时间为5～10h；
有机溶剂为二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺或石油醚；
采用丙酮对反应产物离心洗涤多次，并真空干燥后得到4-二氢嘧啶-2-基脲基甲基丙烯酸乙酯。
6.根据权利要求3-5任一所述高分子水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤2)具体为：
将甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯、丙烯酸、丙烯酸二甲基氨基乙酯与步骤1)得到的4-二氢嘧啶-2-基脲基甲基丙烯酸乙酯按照摩尔比为3∶6∶1～6∶1～3溶解在溶剂A中，加入引发量的引发剂偶氮二异丁腈，连续抽真空通氮气多次后，在60～80℃下连续搅拌反应12～24h，得到反应液。
7.根据权利要求6所述高分子水凝胶的制备方法，其特征在于：
步骤2)中，所述溶剂A为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二乙基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二氯甲烷或三氯甲烷中的一种或几种。
8.权利要求1所述高分子水凝胶在药物控释、伤口敷料以及可穿戴生物传感器中的应用。
9.一种高分子水凝胶薄膜，其特征在于：原料为权利要求1或2所述高分子水凝胶。
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