CN115895155B - 聚对二氧环己酮/聚乙烯醇水凝胶及其制备方法 - Google Patents
聚对二氧环己酮/聚乙烯醇水凝胶及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种聚对二氧环己酮/聚乙烯醇水凝胶，其由聚乙烯醇、二甲基亚砜水溶液和聚对二氧环己酮通过反复冷冻‑溶解制备而成，该水凝胶以聚对二氧环己酮为增强材料，通过将其分散在作为主体材料聚乙烯醇水凝胶中，并采用物理冻融的方法，实现将兼具优良柔顺性和力学性能的聚对二氧环己酮分子链引入具有网络结构的聚乙烯醇水凝胶中，形成具有网络互穿结构的水凝胶，使其相对于普通聚乙烯醇水凝胶具有良好的机械性能、溶胀性能、以及生物友好特性，且该聚对二氧环己酮/聚乙烯醇水凝胶的制备方法简单、条件以控制，在生物医学领域具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及生物医用高分子敷料材料技术领域，特别涉及一种聚对二氧环己酮/聚乙烯醇水凝胶及其制备方法。
背景技术
皮肤破损后，细菌会通过伤口等进入人体，破坏人体内部平衡，并引发炎症，导致伤口感染。为保证伤口愈合环境，伤口敷料应运而生并快速发展。伤口敷料是一种创面覆盖物，具有隔绝外界微生物、可与外界进行气体与水分交换、吸收伤口渗出物和无毒无害等基本特点。当前，伤口敷料主要包括软膏、薄膜、泡沫和凝胶等，其在敷料无毒害与过敏性的条件下，通过将敷料覆盖在伤口处，以实现阻隔微生物、允许水气交换、以及保持伤口所需湿润环境的目的，进而避免伤口发炎或感染。
传统的伤口敷料虽然可以使伤口处保持干燥，但伤口处如果过于干燥则会导致伤口愈合减慢，且其结构缺陷还会导致伤口处发生黏连，在去除敷料时对伤口造成二次损伤；具体地，薄膜类敷料虽然整体透明，便于观察伤口，但存在吸液能力较差的缺点，只适用于渗出液较少的伤口；泡沫敷料具备一定的形状回复性，但其需要频繁更换，并容易与伤口产生黏连，造成二次损伤，且不适用于低渗出伤口；壳聚糖水凝胶伤口敷料虽然具有明显的抗菌活性，但机械性能较差；而水凝胶敷料是一种性能优异的软物质材料，其最大的特点是含水量高，可以为伤口提供湿润的环境，利于伤口愈合，与此同时，水凝胶弹性好，易于除去，并具有缓解局部疼痛的效果；因此，水凝胶敷料逐渐成为伤口敷料的主流材料。
水凝胶敷料从化学结构上来说是一种由天然或合成的亲水性高分子交联而成的具有三维结构的敷料，其骨架结构上具有许多亲水性基团，由于这些基团的存在水凝胶可以吸收大量的水，并充满在水凝胶的网格空隙中，并利用骨架结构的内部交联而不发生胀破。聚乙烯醇水凝胶是一种具有良好生物相容性、高含水性、润滑性的水凝胶材料，但由于其交联网状结构不是很牢固，受外界影响较大，且聚合物的交联分布不均匀，导致聚乙烯醇水凝胶的降解性能、吸水、保水、以及机械强度均存在一定缺陷。
发明内容
本发明的目的是提供一种兼具良好机械强度、吸水-保水性能、以及良好生物特性的聚对二氧环己酮/聚乙烯醇水凝胶。
本发明的另一目的是提供一种上述聚对二氧环己酮/聚乙烯醇水凝胶的制备方法。
为此，本发明技术方案如下：
一种聚对二氧环己酮/聚乙烯醇水凝胶，由聚乙烯醇、二甲基亚砜水溶液和聚对二氧环己酮通过反复冷冻-溶解制备而成，以聚对二氧环己酮和聚乙烯醇作为增强材料，在溶液中与聚乙烯醇通过氢键作用形成聚合物网络互穿结构，以克服传统聚乙烯醇水凝胶存在的上述缺陷。
具体地，该聚对二氧环己酮/聚乙烯醇水凝胶，步骤如下：
S1、将聚乙烯醇(PVA)溶解在二甲基亚砜水溶液中，制得聚乙烯醇溶液(PVA溶液)；其中，聚乙烯醇的重均分子量为10万～15万；
该步骤S1的目的为配制形成主体材料的预溶液，即聚乙烯醇溶胀液。
S2、将粘均分子量为1×103～5×104的聚对二氧环己酮(PPDO)溶解在二甲基亚砜水溶液中，制得聚对二氧环己酮溶液(PPDO溶液)；其中，聚对二氧环己酮的用量为聚乙烯醇用量的1wt.％～10wt.％；
该步骤S2的目的为配制形成增强材料的聚对二氧环己酮溶液；具体地，聚对二氧环己酮(PPDO)是一类可降解的线性脂肪族高分子材料，具有良好的可降解性和生物相容性，其分子链上醚键使聚合物具有柔韧性，其分子链上的酯键使聚合物具有可降解性，且降解产物对人体均无伤害，也大大减小了对人体器官的损伤和副作用，即表现出生物相容性。
S3、将由步骤S2制备的聚对二氧环己酮溶液加入至由步骤S1制备的聚乙烯醇溶液中，并将混合溶液置于95℃～100℃恒温油浴锅下先搅拌0.5h混合均匀，再搅拌1.5h～6.5h，使聚乙烯醇充分水合溶胀后，冷却至室温，得到分散有聚对二氧环己酮的聚乙烯醇溶胀液；
S4、采用超声、抽真空或加热的方法消除分散有聚对二氧环己酮的聚乙烯醇溶胀液中的气泡，得到均匀分散有聚对二氧环己酮的聚乙烯醇溶胀液(PPDO/PVA溶胀液)；
经过步骤S3和步骤S4，增强材料聚对二氧环己酮呈均匀分散，并与聚乙烯醇和二甲基亚砜在氢键的作用下形成了均匀的溶胀液。
S5、将由步骤S4得到的溶胀液置于-18℃冷冻6h～12h，再放置回室温下解冻1h～5h；
S6、重复步骤S5的冷冻-解冻操作3～6次，得到聚对二氧环己酮/聚乙烯醇水凝胶(PPDO/PVA水凝胶)。
在步骤S5和步骤S6中，PPDO/PVA溶胀液采用反复冻融的方法形成PPDO/PVA水凝胶；具体来说，该PPDO/PVA水凝胶以聚乙烯醇为水凝胶的主体材料，以聚对二氧环己酮为增强材料，通过将增强材料均匀分散在主体材料中，并采用冻融的方法形成水凝胶材料，实现了无化学交联的方式，在具有网络结构的PVA水凝胶中引入聚对二氧环己酮链的聚合物链，使二者在氢键的作用下形成聚合物网络互穿结构，相对于普通的聚乙烯醇水凝胶，实现了大幅提升水凝胶的机械性能和溶胀性能(即吸水-失水性能)。
在对主体材料进行选择的过程中，申请人除了聚乙烯醇外，还尝试采用过同样具有生物相容性和可降解性的聚乙二醇、壳聚糖和明胶；然而，在制备水凝胶的过程中，聚乙二醇虽然具有无毒、无刺激性和良好水溶性的优点，但其在有氧环境容易降解对其使用产生不利的影响；壳聚糖虽然具有生物相容性好，体内可降解的优点，但壳聚糖分子中存在较强的氢键，只易溶于酸性介质中，水中溶解度亦不大，另外，壳聚糖在酸性溶液中不够稳定，即使在室温下也会降解；而明胶虽然也具有良好的生物亲和性和可降解性，但未交联的明胶膜存在易溶于水、硬脆、力学性能差等缺点；因此，最终采用聚乙烯醇作为制备凝胶主体的材料。
优选，在步骤S1和步骤S2中，二甲基亚砜水溶液为由体积比为3:10的二甲基亚砜和去离子水配制的混合溶液。
优选，在步骤S3的混合溶液中，聚乙烯醇在二甲基亚砜水溶液中的浓度为0.05～0.20g/mL。
优选，在步骤S1中，聚乙烯醇溶液的配制温度为95～100℃。
优选，在步骤S2中，聚对二氧环己酮溶液的配制温度为70～75℃。
优选，在步骤S4中，采用超声方法消除气泡，其步骤为：室温下，将由步骤S3制备的溶胀液的容器置于超声波清洗机中，超声10min～30min，获得均匀分散有聚对二氧环己酮的聚乙烯醇溶胀液。
优选，在步骤S4中，采用抽真空方法消除气泡，其步骤为：室温下，将由步骤S3制备的溶胀液置于压强为0～-0.1MPa的真空烘箱中10～30min，获得均匀分散有聚对二氧环己酮的聚乙烯醇溶胀液。
优选，在步骤S4中，采用加热方法消除气泡，其步骤为：室温下，将由步骤S3制备的溶胀液置于温度为150℃～200℃的环境中10～30min，获得均匀分散有聚对二氧环己酮的聚乙烯醇溶胀液。
一种采用上述聚对二氧环己酮/聚乙烯醇水凝胶的制备方法制备得到的聚对二氧环己酮/聚乙烯醇水凝胶。
与现有技术相比，该聚对二氧环己酮/聚乙烯醇水凝胶以聚对二氧环己酮为增强材料，通过将其分散在作为主体材料聚乙烯醇水凝胶中，并采用物理冻融的方法，实现将兼具优良柔顺性和力学性能的聚对二氧环己酮分子链引入具有网络结构的聚乙烯醇水凝胶中，形成具有网络互穿结构的水凝胶，使其相对于普通聚乙烯醇水凝胶具有良好的机械性能(包括拉伸性能和压缩性能)、溶胀性能(包括吸水性能和失水性能)、以及生物友好特性；与此同时，该聚对二氧环己酮/聚乙烯醇水凝胶的制备方法简单、条件以控制，在生物医学领域具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明的实施例1～5制备的聚对二氧环己酮/聚乙烯醇水凝胶以及对比例1制备的聚乙烯醇水凝胶的红外光谱图；
图2为本发明的实施例1制备的聚对二氧环己酮/聚乙烯醇水凝胶脆断面扫描电镜图；
图3为本发明的实施例1～5制备的聚对二氧环己酮/聚乙烯醇水凝胶以及对比例1制备的聚乙烯醇水凝胶的力学拉伸曲线图；
图4为本发明的实施例1～5制备的聚对二氧环己酮/聚乙烯醇水凝胶以及对比例1制备的聚乙烯醇水凝胶的力学压缩曲线图；
图5为本发明的实施例1和实施例4制备的聚对二氧环己酮/聚乙烯醇水凝胶分别在PBS缓冲溶液和去离子水中的生物降解率曲线图；
图6(a)为本发明的实施例1～5制备的聚对二氧环己酮/聚乙烯醇水凝胶以及对比例1制备的聚乙烯醇水凝胶的吸水率曲线图；
图6(b)为本发明的实施例1～5制备的聚对二氧环己酮/聚乙烯醇水凝胶以及对比例1制备的聚乙烯醇水凝胶的失水率曲线图；
图7所示为本发明的实施例1～5制备的聚对二氧环己酮/聚乙烯醇水凝胶以及对比例1制备的聚乙烯醇水凝胶的抑菌效果测试图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。
实施例1
一种聚对二氧环己酮/聚乙烯醇水凝胶，其采用如下方法制备而成：
S1、将2g PVA加入10mL二甲基亚砜水溶液中，并置于95℃恒温油浴锅下搅拌溶解，得到PVA溶液；
S2、将0.06g、粘均分子量为1.00×103的PPDO加入10mL二甲基亚砜水溶液中，在70℃下搅拌溶解，得到PPDO溶液；
S3、将由步骤S2制备的PPDO溶液缓慢加入至由步骤S1制备的PVA溶液中，并置于95℃恒温油浴锅下先搅拌0.5h混合均匀，再搅拌3.5h，使PVA充分水合溶胀后，冷却至室温，得到PPDO/PVA溶胀液；
S4、室温下，将由步骤S3制备得到的PPDO/PVA溶胀液置于超声波清洗机中，超声30min以去除气泡，得到均匀的PPDO/PVA溶胀液；
S5、将由步骤S4制备得到的PPDO/PVA溶胀液置于-18℃冷冻12h，再放置回室温下解冻5h；
S6、重复步骤S5的冷冻-解冻操作5次，得到PPDO/PVA水凝胶。
其中，在实施例1中，PVA具体采用上海迈瑞尔化学技术有限公司生产的聚乙烯醇PVA-117，其重均分子量为1.45×105，实施例2～10及对比例1均同。二甲基亚砜水溶液均采用由体积比为3:10的二甲基亚砜和去离子水配制的混合溶液，实施例2～10及对比例1均同。
实施例2
一种聚对二氧环己酮/聚乙烯醇水凝胶，其采用如下方法制备而成：
S1、将2g PVA加入10mL二甲基亚砜水溶液中，并置于95℃恒温油浴锅下搅拌溶解，得到PVA溶液；
S2、将0.06g、粘均分子量为5.00×103的PPDO加入10mL二甲基亚砜水溶液中，在75℃下搅拌溶解，得到PPDO溶液；
S3、将由步骤S2制备的PPDO溶液缓慢加入至由步骤S1制备的PVA溶液中，并置于95℃恒温油浴锅下先搅拌0.5h混合均匀，再搅拌3.5h，使PVA充分水合溶胀后，冷却至室温，得到PPDO/PVA溶胀液；
S4、室温下，将由步骤S3制备得到的PPDO/PVA溶胀液置于超声波清洗机中，超声15min以去除气泡，得到均匀的PPDO/PVA溶胀液；
S5、将由步骤S4制备得到的PPDO/PVA溶胀液置于-18℃冷冻12h，再放置回室温下解冻5h；
S6、重复步骤S5的冷冻-解冻操作5次，得到PPDO/PVA水凝胶。
实施例3
一种聚对二氧环己酮/聚乙烯醇水凝胶，其采用如下方法制备而成：
S1、将2g PVA加入10mL二甲基亚砜水溶液中，并置于95℃恒温油浴锅下搅拌溶解，得到PVA溶液；
S2、将0.06g、粘均分子量为1.00×104的PPDO加入10mL二甲基亚砜水溶液中，在75℃下搅拌溶解，得到PPDO溶液；
S3、将由步骤S2制备的PPDO溶液缓慢加入至由步骤S1制备的PVA溶液中，并置于95℃恒温油浴锅下先搅拌0.5h混合均匀，再搅拌3.5h，使PVA充分水合溶胀后，冷却至室温，得到PPDO/PVA溶胀液；
S4、室温下，将由步骤S3制备得到的PPDO/PVA溶胀液置于超声波清洗机中，超声30min以去除气泡，得到均匀的PPDO/PVA溶胀液；
S5、将由步骤S4制备得到的PPDO/PVA溶胀液置于-18℃冷冻12h，再放置回室温下解冻5h；
S6、重复步骤S5的冷冻-解冻操作5次，得到PPDO/PVA水凝胶。
实施例4
一种聚对二氧环己酮/聚乙烯醇水凝胶，其采用如下方法制备而成：
S1、将2g PVA加入10mL二甲基亚砜水溶液中，并置于95℃恒温油浴锅下搅拌溶解，得到PVA溶液；
S2、将0.06g、粘均分子量为2.00×104的PPDO加入10mL二甲基亚砜水溶液中，在75℃下搅拌溶解，得到PPDO溶液；
S3、将由步骤S2制备的PPDO溶液缓慢加入至由步骤S1制备的PVA溶液中，并置于95℃恒温油浴锅下先搅拌0.5h混合均匀，再搅拌3.5h，使PVA充分水合溶胀后，冷却至室温，得到PPDO/PVA溶胀液；
S4、室温下，将由步骤S3制备得到的PPDO/PVA溶胀液置于超声波清洗机中，超声30min以去除气泡，得到均匀的PPDO/PVA溶胀液；
S5、将由步骤S4制备得到的PPDO/PVA溶胀液置于-18℃冷冻12h，再放置回室温下解冻4h；
S6、重复步骤S5的冷冻-解冻操作5次，得到PPDO/PVA水凝胶。
实施例5
一种聚对二氧环己酮/聚乙烯醇水凝胶，其采用如下方法制备而成：
S1、将2g PVA加入10mL二甲基亚砜水溶液中，并置于95℃恒温油浴锅下搅拌溶解，得到PVA溶液；
S2、将0.06g、粘均分子量为5.00×104的PPDO加入10mL二甲基亚砜水溶液中，在75℃下搅拌溶解，得到PPDO溶液；
S3、将由步骤S2制备的PPDO溶液缓慢加入至由步骤S1制备的PVA溶液中，并置于95℃恒温油浴锅下先搅拌0.5h混合均匀，再搅拌3.5h，使PVA充分水合溶胀后，冷却至室温，得到PPDO/PVA溶胀液；
S4、室温下，将由步骤S3制备得到的PPDO/PVA溶胀液置于超声波清洗机中，超声30min以去除气泡，得到均匀的PPDO/PVA溶胀液；
S5、将由步骤S4制备得到的PPDO/PVA溶胀液置于-18℃冷冻12h，再放置回室温下解冻4h；
S6、重复步骤S5的冷冻-解冻操作5次，得到PPDO/PVA水凝胶。
实施例6
一种聚对二氧环己酮/聚乙烯醇水凝胶，其采用如下方法制备而成：
S1、将2g PVA加入10mL二甲基亚砜水溶液中，并置于95℃恒温油浴锅下搅拌溶解，得到PVA溶液；
S2、将0.02g、粘均分子量为1.00×103的PPDO加入10mL二甲基亚砜水溶液中，在70℃下搅拌溶解，得到PPDO溶液；
S3、将由步骤S2制备的PPDO溶液缓慢加入至由步骤S1制备的PVA溶液中，并置于90℃恒温油浴锅下先搅拌0.5h混合均匀，再搅拌3.5h，使PVA充分水合溶胀后，冷却至室温，得到PPDO/PVA溶胀液；
S4、室温下，将由步骤S3制备得到的PPDO/PVA溶胀液置于超声波清洗机中，超声25min以去除气泡，得到均匀的PPDO/PVA溶胀液；
S5、将由步骤S4制备得到的PPDO/PVA溶胀液置于-18℃冷冻6h，再放置回室温下解冻1h；
S6、重复步骤S5的冷冻-解冻操作3次，得到PPDO/PVA水凝胶。
实施例7
一种聚对二氧环己酮/聚乙烯醇水凝胶，其采用如下方法制备而成：
S1、将2g PVA加入5mL二甲基亚砜水溶液中，并置于95℃恒温油浴锅下搅拌溶解，得到PVA溶液；
S2、将0.01g、粘均分子量为4.80×105的PPDO加入5mL二甲基亚砜水溶液中，在75℃下搅拌溶解，得到PPDO溶液；
S3、将由步骤S2制备的PPDO溶液缓慢加入至由步骤S1制备的PVA溶液中，并置于95℃恒温油浴锅下先搅拌0.5h混合均匀，再搅拌3.5h，使PVA充分水合溶胀后，冷却至室温，得到PPDO/PVA溶胀液；
S4、室温下，将由步骤S3制备得到的PPDO/PVA溶胀液置于超声波清洗机中，超声30min以去除气泡，得到均匀的PPDO/PVA溶胀液；
S5、将由步骤S4制备得到的PPDO/PVA溶胀液置于-18℃冷冻7h，再放置回室温下解冻2h；
S6、重复步骤S5的冷冻-解冻操作4次，得到PPDO/PVA水凝胶。
实施例8
一种聚对二氧环己酮/聚乙烯醇水凝胶，其采用如下方法制备而成：
S1、将2g PVA加入20mL二甲基亚砜水溶液中，并置于95℃恒温油浴锅下搅拌溶解，得到PVA溶液；
S2、将0.14g、粘均分子量为1.00×103的PPDO加入20mL二甲基亚砜水溶液中，在75℃下搅拌溶解，得到PPDO溶液；
S3、将由步骤S2制备的PPDO溶液缓慢加入至由步骤S1制备的PVA溶液中，并置于90℃恒温油浴锅下先搅拌0.5h混合均匀，再搅拌3.5h，使PVA充分水合溶胀后，冷却至室温，得到PPDO/PVA溶胀液；
S4、室温下，将由步骤S3制备得到的PPDO/PVA溶胀液置于超声波清洗机中，超声15min以去除气泡，得到均匀的PPDO/PVA溶胀液；
S5、将由步骤S4制备得到的PPDO/PVA溶胀液置于-18℃冷冻8h，再放置回室温下解冻3h；
S6、重复步骤S5的冷冻-解冻操作5次，得到PPDO/PVA水凝胶。
实施例9
一种聚对二氧环己酮/聚乙烯醇水凝胶，其采用如下方法制备而成：
S1、将2g PVA加入10mL二甲基亚砜水溶液中，并置于100℃恒温油浴锅下搅拌溶解，得到PVA溶液；
S2、将0.2g、粘均分子量为1.00×104的PPDO加入10mL二甲基亚砜水溶液中，在75℃下搅拌溶解，得到PPDO溶液；
S3、将由步骤S2制备的PPDO溶液缓慢加入至由步骤S1制备的PVA溶液中，并置于100℃恒温油浴锅下先搅拌0.5h混合均匀，再搅拌3.5h，使PVA充分水合溶胀后，冷却至室温，得到PPDO/PVA溶胀液；
S4、室温下，将由步骤S3制备得到的PPDO/PVA溶胀液置于超声波清洗机中，超声30min以去除气泡，得到均匀的PPDO/PVA溶胀液；
S5、将由步骤S4制备得到的PPDO/PVA溶胀液置于-18℃冷冻10h，再放置回室温下解冻5h；
S6、重复步骤S5的冷冻-解冻操作6次，得到PPDO/PVA水凝胶。
实施例10
一种聚对二氧环己酮/聚乙烯醇水凝胶，其采用如下方法制备而成：
S1、将2g PVA加入10mL二甲基亚砜水溶液中，并置于95℃恒温油浴锅下搅拌溶解，得到PVA溶液；
S2、将0.18g、粘均分子量为2.00×104的PPDO加入10mL二甲基亚砜水溶液中，在75℃下搅拌溶解，得到PPDO溶液；
S3、将由步骤S2制备的PPDO溶液缓慢加入至由步骤S1制备的PVA溶液中，并置于95℃恒温油浴锅下先搅拌0.5h混合均匀，再搅拌3.5h，使PVA充分水合溶胀后，冷却至室温，得到PPDO/PVA溶胀液；
S4、室温下，将由步骤S3制备得到的PPDO/PVA溶胀液置于超声波清洗机中，超声30min以去除气泡，得到均匀的PPDO/PVA溶胀液；
S5、将由步骤S4制备得到的PPDO/PVA溶胀液置于-18℃冷冻12h，再放置回室温下解冻4h；
S6、重复步骤S5的冷冻-解冻操作6次，得到PPDO/PVA水凝胶。
对比例1
一种聚乙烯醇水凝胶，其采用如下方法制备而成：
S1、将2g PVA加入20mL二甲基亚砜水溶液中，并置于95℃恒温油浴锅下搅拌溶解，继续搅拌0.5h，使PVA充分水合溶胀，待再搅拌3.5h后冷却至室温，得到均匀的PVA溶胀液；
S2、室温下，将由步骤S1制备得到的PVA溶胶置于超声波清洗机中，超声30min以去除气泡，得到均匀的PVA溶胀液；
S3、将由步骤S2制备得到的PVA溶胀液置于-18℃冷冻12h，再放置回室温下解冻5h；
S4、重复步骤S3的冷冻-解冻操作5次，得到PVA水凝胶。
性能测试：
(一)聚对二氧环己酮/聚乙烯醇水凝胶的微观结构表征：
对实施例1～10制备的PPDO/PVA水凝胶以及对比例1制备的PVA水凝胶进行红外测试，以验证PPDO/PVA水凝胶结构中是否成功引入PPDO长链。如图1所示为实施例1～5制备的PPDO/PVA水凝胶的红外谱图。从图1中可以看出，PPDO的结构中在1736cm-1左右为羰基C＝O伸缩振动吸收峰；PVA的结构中，在3288cm-1左右宽而强的吸收峰是-OH的伸缩振动吸收峰；2918cm-1处是亚甲基不对称伸缩振动吸收峰；1647cm-1处的窄峰是羟基的变形振动峰；因此，PPDO作为增强材料成功加入到PPDO/PVA水凝胶的明显标志为1736cm-1左右为羰基C＝O伸缩振动吸收峰。。实施例6～实施例10的红外谱图结果与上述实施例相同。
对实施例1～10制备的PPDO/PVA水凝胶的脆断面进行电镜扫描，以确定其微观结构特征。如图2所示为实施例1制备的PPDO/PVA水凝胶的脆断面扫描电镜图；从图中可以看出实施例1制备的PPDO/PVA水凝胶的微观结构为连续的网络互穿结构，且脆断面上可以明显观察呈均匀分布的微米孔隙。实施例2～实施例10制备的PPDO/PVA水凝胶的脆断面扫描电镜图显示的水凝胶微观结构与图2展示的微观结构相同。
(二)聚对二氧环己酮/聚乙烯醇水凝胶的机械强度测试；
对实施例1～10制备的PPDO/PVA水凝胶以及对比例1制备的PVA水凝胶进行拉伸性试验测试。具体测试方法为：将35mm×20mm×2mm(长×宽×高)的长条状凝胶条固定在仪器两端，随后，以100mm/min的拉伸速度，计算水凝胶的拉伸应变和拉伸强度。
如图3所示为实施例1～5及对比例1制备的PPDO/PVA水凝胶的力学拉伸性能曲线图。从图3中可以看出在PPDO添加之后制备水凝胶的力学性能优于纯PVA水凝胶，与纯PVA水凝胶相比，其断裂拉伸应变从285％提高到了481％，断裂拉伸应力从0.21MPa提高到了0.63MPa；可见，本申请的PPDO/PVA水凝胶相对于PVA水凝胶来说，其力学性能及弹性均得到了大幅提升。
对实施例1～10制备的PPDO/PVA水凝胶进行压缩性试验测试。具体测试方法为：取16mm×17mm(直径×高)的圆柱体水凝胶放置在测试仪器，在室温条件，以3mm/s的压缩速度压缩凝胶柱样品，压缩形变设定为60％。
如图4所示为实施例1～5及对比例1制备的PPDO/PVA水凝胶的力学压缩60％的性能曲线图。从图4中可以看出压缩性能优于纯PVA水凝胶，PPDO/PVA水凝胶的压缩强度从0.07MPa提高到了0.23MPa；可见，本申请的PPDO/PVA水凝胶相对于PVA水凝胶来说，其压缩性能得到了大幅提升。
实施例6～10制备的PPDO/PVA水凝胶均具有相同的性能。具体地，实施例1～10制备的PPDO/PVA水凝胶以及对比例1制备的PVA水凝胶的断裂伸长率、拉伸应力和压缩应力的具体测试结果如下表1所示。
表1：
(三)聚对二氧环己酮/聚乙烯醇水凝胶的可生物降解性测试：
对实施例1～10制备的PPDO/PVA水凝胶进行可生物降解性测试。具体测试方法为：取质量相同的PPDO/PVA水凝胶置于含有PH＝7.40的PBS缓冲溶液表面皿中，将表面皿置于37℃恒温水浴中模拟体外降解，以1周为间隔取样时间，分别自实验开始起的第1周至第5周从表面皿中取样，通过计算水凝胶的降解率确定其生物降解速率；其中，PBS缓冲液制备如下：称取0.24g磷酸二氢钾、1.44g磷酸氢二钠、8g氯化钠、0.2g氯化钾加入到800mL的去离子水中搅拌均匀，在容量瓶中定容至1L，测量其PH值，用氢氧化钠或者盐酸调节PH值为7.40即可。
如图5所示为实施例1和实施例4制备的PPDO/PVA水凝胶分别在PBS缓冲溶液和去离子水中的生物降解率曲线图；从图中可以看出，该两种PPDO/PVA水凝胶样品在第一周的降解速度最快，第二周后降解速率减慢并且趋于平稳，且实施例1和实施例4在PBS中的降解率均优于在水中的降解率；降解五周后，实施例1的PPDO/PVA水凝胶样品在PBS中的降解率为39％，在水中的降解率为30％；实施力4的PPDO/PVA水凝胶样品在PBS中的降解率为45％，在水中的降解率为35％。
(四)聚对二氧环己酮/聚乙烯醇水凝胶的溶胀-失水测试：
具体测试方法为：将水凝胶置于50℃烘箱中干燥至恒重后称重，将其浸在37℃去离子水中溶胀，直至称其重量不再发生变化；在溶胀过程中，以一定的时间间隔取出，擦去表面的水分后测量其重量变化，以表征水凝胶的吸水性能；接着，将溶胀平衡的样品放置在室温空气中，在失水过程中，以一定的时间间隔取出，测量其重量变化，以表征水凝胶的失水性能。
如图6(a)所示为实施例1～5制备的聚对二氧环己酮/聚乙烯醇水凝胶以及对比例1制备的聚乙烯醇水凝胶的吸水率曲线图；如图6(b)所示为实施例1～5制备的聚对二氧环己酮/聚乙烯醇水凝胶以及对比例1制备的聚乙烯醇水凝胶的失水率曲线图；从该两幅图中可以看出，本申请的PPDO/PVA水凝胶相对于PVA水凝胶来说，其吸水率与纯PVA水凝胶相近，失水率前期与纯PVA水凝胶相近，但后期水分流失慢，能够在较长时间保持水凝胶的湿润状态；具体来说，不同粘均分子量的PPDO在添加量为3wt.％时，吸水率与纯PVA水凝胶相近，均在65％～75％之间，而失水率则是在8h前失水较快，8h后失水较为平缓，且均慢于纯PVA水凝胶；可见，本申请的PPDO/PVA水凝胶相对于PVA水凝胶来说，其在吸水性能保持良好的状态下，失水性能得到了大幅优化，能够在较长时间保持水凝胶的湿润状态。
实施例6～10制备的PPDO/PVA水凝胶均具有相同的性能。具体地，实施例1～10制备的PPDO/PVA水凝胶以及对比例1制备的PVA水凝胶的平衡溶胀率和12h后存水率的具体测试结果如下表2所示。
表2：
| 实验例 | 平衡溶胀率/％ | 12h后存水率/％ |
| 实施例1 | 70.10 | 2.22 |
| 实施例2 | 70.15 | 3.83 |
| 实施例3 | 76.12 | 5.95 |
| 实施例4 | 74.30 | 4.73 |
| 实施例5 | 70.73 | 3.41 |
| 实施例6 | 72.13 | 3.32 |
| 实施例7 | 73.66 | 3.25 |
| 实施例8 | 69.22 | 2.01 |
| 实施例9 | 75.32 | 4.13 |
| 实施例10 | 78.68 | 7.36 |
| 对比例1 | 76.67 | 1.87 |
(五)聚对二氧环己酮/聚乙烯醇水凝胶的抑菌性能测试：
将细菌细胞在T＝37℃的无菌Luria-Bertani(LB)液体培养基中培养过夜，在γ＝600nm下，将光密度调节至0.5，浓度约为6×108CFU/mL的金黄色葡萄球菌溶液，将2mL上述细菌培养物加入到200mL无菌营养琼脂(胰蛋白胨1％，酵母提取物0.5％，NaCl 1％，琼脂1％，pH＝7.0)中；使用金属钻孔器在琼脂平板上创建孔，将经紫外线消毒(照射3h)的水凝胶样品(直径10mm)置于孔中；将平板在T＝37℃下保温24h，观察抑菌效果。
如图7所示为实施例1～5制备的聚对二氧环己酮/聚乙烯醇水凝胶以及对比例1制备的聚乙烯醇水凝胶的抑菌效果测试图；从图中可以观察到，在37℃保温24h后，纯PVA水凝胶表面长出菌斑，但在PPDO/PVA复合水凝胶表面均无菌斑生长；可见，本申请的PPDO/PVA复合水凝胶虽然没有明显的杀菌作用，但其本身具有抑菌的特性。
Claims (9)
1.一种聚对二氧环己酮/聚乙烯醇水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤如下：
S1、将聚乙烯醇溶解在二甲基亚砜水溶液中，制得聚乙烯醇溶液；其中，聚乙烯醇的重均分子量为10万～15万；
S2、将粘均分子量为1×103～5×104的聚对二氧环己酮溶解在二甲基亚砜水溶液中，制得聚对二氧环己酮溶液；其中，聚对二氧环己酮的用量为聚乙烯醇用量的1wt.％～10wt.％；
S3、将由步骤S2制备的聚对二氧环己酮溶液加入至由步骤S1制备的聚乙烯醇溶液中，并将混合溶液置于95℃～100℃恒温油浴锅下先搅拌0.5h混合均匀，再搅拌1.5h～6.5h，使聚乙烯醇充分水合溶胀后，冷却至室温，得到分散有聚对二氧环己酮的聚乙烯醇溶胀液；
S4、采用超声、抽真空或加热的方法消除分散有聚对二氧环己酮的聚乙烯醇溶胀液中的气泡，得到均匀分散有聚对二氧环己酮的聚乙烯醇溶胀液；
S5、将由步骤S4得到的溶胀液置于-18℃冷冻6h～12h，再放置回室温下解冻1h～5h；
S6、重复步骤S5的冷冻-解冻操作3～6次，得到聚对二氧环己酮/聚乙烯醇水凝胶。
2.根据权利要求1所述的聚对二氧环己酮/聚乙烯醇水凝胶的制备方法，其特征在于，在步骤S1和步骤S2中，二甲基亚砜水溶液为由体积比为3:10的二甲基亚砜和去离子水配制的混合溶液。
3.根据权利要求1所述的聚对二氧环己酮/聚乙烯醇水凝胶的制备方法，其特征在于，在步骤S3的混合溶液中，聚乙烯醇在二甲基亚砜水溶液中的浓度为0.05～0.20g/mL。
4.根据权利要求1所述的聚对二氧环己酮/聚乙烯醇水凝胶的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，聚乙烯醇溶液的配制温度为95～100℃。
5.根据权利要求1所述的聚对二氧环己酮/聚乙烯醇水凝胶的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，聚对二氧环己酮溶液的配制温度为70～75℃。
6.根据权利要求1所述的聚对二氧环己酮/聚乙烯醇水凝胶的制备方法，其特征在于，在步骤S4中，采用超声方法消除气泡，其步骤为：室温下，将由步骤S3制备的溶胀液的容器置于超声波清洗机中，超声10min～30min，获得均匀分散有聚对二氧环己酮的聚乙烯醇溶胀液。
7.根据权利要求1所述的聚对二氧环己酮/聚乙烯醇水凝胶的制备方法，其特征在于，在步骤S4中，采用抽真空方法消除气泡，其步骤为：室温下，将由步骤S3制备的溶胀液置于压强为0～-0.1MPa的真空烘箱中10～30min，获得均匀分散有聚对二氧环己酮的聚乙烯醇溶胀液。
8.根据权利要求1所述的聚对二氧环己酮/聚乙烯醇水凝胶的制备方法，其特征在于，在步骤S4中，采用加热方法消除气泡，其步骤为：室温下，将由步骤S3制备的溶胀液置于温度为150℃～200℃的环境中10～30min，获得均匀分散有聚对二氧环己酮的聚乙烯醇溶胀液。
9.一种采用如权利要求1～8中任一项所述的聚对二氧环己酮/聚乙烯醇水凝胶的制备方法制备得到的聚对二氧环己酮/聚乙烯醇水凝胶。
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- 2023-01-29 CN CN202310043494.0A patent/CN115895155B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| WO2022119008A1 (ko) * | 2020-12-03 | 2022-06-09 | (주)리젠바이오참 | 비 자발적 에멀전 확산법을 이용한 조직 재생용 지지체 조성물의 제조방법 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 李丽媛.《天津科技大学研究生学位论文》.2016,全文. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115895155A (zh) | 2023-04-04 |
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