本發(fā)明屬于新型生物醫(yī)用材料領域，主要涉及新型單鏈超內環(huán)化聚合物及其制備方法。

背景技術：

創(chuàng)傷敷料是治療急性和慢性創(chuàng)傷的主要方式。近幾十年中，根據不同的創(chuàng)傷情況研究發(fā)明了多種特殊的創(chuàng)傷敷料。其中作為新型創(chuàng)傷敷料中的一種，水凝膠創(chuàng)傷敷料因表面光滑、生物相容性好、與不平整創(chuàng)面結合緊密、促進了上皮細胞生長等優(yōu)點而得到了廣泛使用。但目前廣泛使用的合成水凝膠敷料普遍存在著傷口組織粘合能力差、力學性能與傷口組織不匹配以及生物毒性較大等問題。研究發(fā)現，通過控制合成水凝膠的所用聚合物的成分、結構、聚合度等可實現改善合成水凝膠創(chuàng)傷敷料的性能。在控制聚合物結構與性能方面，多乙烯基單體由于其方便易得、且其具有多重反應位點而備受關注。特別是多乙烯基單體衍生的聚合物具有大量的未反應乙烯基團，可進一步改性獲得預設官能團、優(yōu)化生物相容性及生物粘附性等，為其在水凝膠敷料的應用提供了可能。

但多烯烴單體的聚合一直是高分子領域面臨的的一大挑戰(zhàn)，早在70多年前，著名的flory-stockmayer理論(f-s理論)預測：多乙烯基單體的聚合會在極低的單體轉化率(<10％)下達到凝膠點形成凝膠，且該理論已被廣泛的實驗證實。但由于多乙烯基單體的多反應位點，控制多乙烯基單體的聚合過程不僅可延遲凝膠點，甚至可得到新穎復雜結構的聚合物。目前利用多乙烯基單體制備的聚合物大多數都用于非病毒基因載體，或合成超支化聚合物進而制備不同結構的水凝膠材料。利用多乙烯基單體合成的新型單鏈超內環(huán)化聚合物因具有特殊的環(huán)化結構且較高含量的乙烯基而使其經改性后可得到廣泛應用。但目前關于單鏈超內環(huán)化聚合物制備水凝膠材料的報道仍未提出。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的在于克服現有技術的不足，提供單鏈超內環(huán)化聚合物及其制備方法，通過零價銅調節(jié)的可控/活性自由基聚合方法(cu⁰-mediatedcrp)均聚聚乙二醇二丙烯酸酯(pegda700)合成了新型的單鏈超內環(huán)化聚合物poly(pegda700)sk，并將其水溶液制備成水凝膠創(chuàng)傷敷料。制備的新型水凝膠材料具有較高的儲存模量g'、較強的組織粘附能力、較低的溶脹率、適中的降解行為及良好的生物相容性，有望作為新型材料而用于創(chuàng)傷敷料、組織粘合劑及生物工程中。

本發(fā)明的技術目的通過下述技術方案予以實現：

單鏈超內環(huán)化聚合物，以聚乙二醇二丙烯酸酯為單體，采用零價銅調控的可控活性自由基聚合方法將單體聚乙二醇二丙烯酸酯進行均聚，鏈增長和分子內環(huán)化反應被促進，分子間交聯反應被抑制，以得到單鏈超內環(huán)化聚合物，即在聚合物單鏈中形成線性聚乙二醇二丙烯酸酯和環(huán)形聚乙二醇二丙烯酸酯。

聚乙二醇二丙烯酸酯的數均分子量為700。

單鏈超內環(huán)化聚合物的重均分子量為10kda—40kda，pdi為1.19-1.48。

單鏈超內環(huán)化聚合物的乙烯基含量為20—50％。

單鏈超內環(huán)化聚合物的環(huán)化度為50—80％。

單鏈超內環(huán)化聚合物的馬克-霍溫克公式常數為0.29—0.34。

單鏈超內環(huán)化聚合物結構致密，呈現出類似于直徑為7.25±1.5nm的球形結構。

單鏈超內環(huán)化聚合物的制備方法，將聚乙二醇二丙烯酸酯、2-溴-2-甲基丙酸乙酯、cubr2和n,n,n′,n″,n″-五甲基二乙烯三胺按照摩爾比100：1：(0.4—0.5)：(0.8—1)置于二甲基亞砜中均勻分散，并將纏繞銅絲的攪拌子置于二甲基亞砜中對反應系統進行攪拌，在除氧條件下進行反應，采用零價銅調控的可控活性自由基聚合方法將單體聚乙二醇二丙烯酸酯進行均聚，鏈增長和分子內環(huán)化反應被促進，分子間交聯反應被抑制。

在進行單鏈超內環(huán)化聚合物的制備時，反應溫度為20—25攝氏度，反應時間為1—5小時。

基于單鏈超內環(huán)化聚合物的水凝膠，將采用零價銅調控的可控活性自由基聚合方法將單體聚乙二醇二丙烯酸酯進行均聚得到的單鏈超內環(huán)化聚合物作為前驅體，以2,2-二甲氧基-苯基苯乙酮為紫外光引發(fā)劑，水為溶劑，在紫外燈照射下引發(fā)前驅體中碳碳雙鍵進行交聯為水凝膠材料。

紫外燈照射強度為0.5—2w/cm²，優(yōu)選0.8—1.5w/cm²。紫外燈照射時間為15—20s。

前驅體和光引發(fā)劑的質量比為100：(1—1.2)。

前驅體的濃度為10—30wt％，即前驅體質量(mg)/水的體積(μl)。

本發(fā)明中采用的是新型的零價銅調控的可控/活性自由基聚合方法(cu⁰-mediatedcrp)，適用于多乙烯基官能團的可控聚合。cu⁰-mediatedcrp聚合也稱單電子轉移活性自由基聚合(set-lrp)，其反應過程包含了休眠種和活化種的平衡過程，如圖1所示?；罨瘎ヽu⁰與含鹵素的引發(fā)劑發(fā)生氧化還原反應，從引發(fā)劑上奪取鹵元素x生成cuⁱx/l，同時產生自由基pn-x·，原位生成的cuⁱx在溶劑化作用和配體的作用下迅速歧化為初生態(tài)的cu⁰和鈍化劑cuⁱⁱx2/l，自由基pn·在引發(fā)單體聚合的同時與鈍化劑cuⁱⁱx2/l發(fā)生氧化還原反應產生cuⁱx/l和休眠種pnx，cuⁱx/l歧化產生的初生態(tài)cu⁰又繼續(xù)催化聚合的進行，從而將自由基控制在較低的濃度，抑制了副反應的發(fā)生。

如圖2所示在set-lrp的催化循環(huán)過程中，cu⁰與pnx發(fā)生氧化還原反應得到的瞬時中間體[pn----x]^·—陰離子自由基，迅速異裂為pn·自由基和x^－陰離子，x^－陰離子和cu⁺/l結合形成cuⁱx/l，從而進入催化循環(huán)過程。set-lrp的活化過程是通過非均相的外層單電子轉移(oset)實現的，且其鈍化是由大分子自由基和cuⁱⁱx2/l的均相外層單電子轉移控制的，鈍化所需過量的cuⁱⁱx2/l是由cuⁱx/l迅速歧化原位生成。

本專利通過零價銅調控的可控/活性自由基聚合方法(cu⁰-mediatedcrp)均聚pegda700單體得到單鏈超內環(huán)化聚合物poly(pegda700)sk。其單鏈超內環(huán)結構的形成依賴于動力學控制的聚合反應，其鏈增長和分子內環(huán)化反應被促進，分子間交聯反應被抑制。通過聚合物的表征證明，單鏈超內環(huán)化聚合物的α小于0.5，其結構類似于球狀。通過紫外光交聯可將聚合物水溶液固化來制備水凝膠材料。通過紫外光-流變聯合測試可知，單鏈超內環(huán)化聚合物可快速成(<20s)且高度環(huán)化結構及大量乙烯基使其具有較高的儲存模量g'。通過lap-shear、pull-off及burst測試評價水凝膠材料的組織粘附性能發(fā)現，單鏈超內環(huán)化水凝膠具有較高的粘附強度。此外，單鏈超內環(huán)化水凝膠具有較低的溶脹性能與較慢的降解性能。通過細胞毒性測試可知，單鏈超內環(huán)化水凝膠具有較好的細胞相容性。即本發(fā)明的單鏈超內環(huán)化聚合物和交聯后的水凝膠在作為創(chuàng)傷敷料或組織粘合劑中的應用。

附圖說明

圖1是單電子轉移活性自由基聚合(set-lrp)聚合機理示意圖。

圖2是單電子轉移活性自由基聚合(set-lrp)中的催化循環(huán)機理示意圖。

圖3是本發(fā)明技術方案的合成示意圖。

圖4是凝膠滲透色譜(gpc)測試結果示意圖，其中a為聚合物分子量隨時間變化圖，b為提純后不同分子量的單鏈超內環(huán)化聚合物的gpc，橫坐標反應時間為gpc的保留時間。

圖5是本發(fā)明實施例中不同分子量的單鏈超內環(huán)化聚合物的核磁共振氫譜圖。

圖6是本發(fā)明實施例中不同分子量的單鏈超內環(huán)化聚合物的馬克-霍溫克公式常數α的示意圖。

圖7是本發(fā)明實施例中分子量為20kda的單鏈超內環(huán)化聚合物的掃描電鏡照片。

圖8是本發(fā)明實施例中分子量為20kda的單鏈超內環(huán)化聚合物的粒徑分布圖。

圖9是本發(fā)明實施例中流變測試示意圖，其中a為單鏈超內環(huán)化水凝膠的震蕩-時間光交聯的流變測試示意圖，b為震蕩-頻率模式的流變測試示意圖。

圖10是本發(fā)明實施例中使用濃度為30％(質量百分數30wt％)的不同分子量的單鏈超內環(huán)化聚合物制備的水凝膠材料的溶脹性能測試結果示意圖。

圖11是本發(fā)明實施例中使用濃度為30％(質量百分數30wt％)的不同分子量的單鏈超內環(huán)化聚合物制備的水凝膠材料的降解性能測試結果示意圖。

具體實施方式

下面結合具體實施例進一步說明本發(fā)明的技術方案，使用的實驗原料和儀器如下面兩個表格所示：

實驗原料

實驗儀器

本發(fā)明技術方案利用零價銅調控的可控/活性自由基聚合方法(cu⁰-mediatedcrp)均聚聚乙二醇二丙烯酸酯(pegda700)制備新型單鏈超內環(huán)化聚合物poly(pegda700)sk，并通過光交聯將其固化為水凝膠材料。為了將制得的水凝膠材料用于創(chuàng)傷敷料粘合劑，通過流變儀表征了其力學性能，lap-shear、pull-off及burst測試等手段評價其組織粘附性能，溶脹、降解及細胞毒性實驗進一步表征水凝膠材料的生物相容性，提供了一種新型的組織粘合劑。利用零價銅調控的活性自由基聚合方法制備的新型單鏈超內環(huán)化聚合物的方法如下：

(1)配置5mg/ml的溴化銅(cubr2)溶液：稱取100mg的cubr2粉末，放入20ml的一次性透明玻璃瓶中，加入20ml的二甲基亞砜(dmso)。將其置于超聲儀中5min，待cubr2完全溶解后取出備用。

(2)依次準確稱量聚乙二醇二丙烯酸酯(pegda700，15mmol,10.5g)，dmso(137.94ml)，cubr2溶液(0.06mmol,2.68ml)，2-溴-2-甲基丙酸乙酯(ebrib，0.15mmol,22.25μl)，n,n,n′,n″,n″-五甲基二乙烯三胺(pmdeta，0.12mmol,25.06μl)，加入250ml的兩口圓底燒瓶中。其中pegda700:ebrib:cubr2:pmdeta＝100:1:0.4:0.8(摩爾比)。先后分別用清洗干凈的橡膠塞和封口膜密封，通氬氣30min以除氧。與此同時，將直徑為1mm，長5cm的銅絲，均勻纏繞并固定于棒狀攪拌子上。先用濃度為32％的鹽酸(質量百分數32％的氯化氫水溶液)浸泡10min，然后依次用丙酮，超純水及丙酮清洗，并干燥。

(3)待除氧30min后，迅速打開圓底燒瓶的其中一個瓶口并將處理干凈的銅絲加入反應體系中，再次密封，繼續(xù)除氧2min左右。除氧結束后，將兩口圓底燒瓶置于25℃，700r/min的油浴加熱器中，開始反應并計時。

(4)在間隔相同的時間時，先通氬氣，然后用清洗干凈的5ml注射器置入液面以下，通過正壓使樣品流到注射器中。待樣品量達2ml時，將注射器取出然后停止通氬氣。將取得的樣品置于20ml的一次性玻璃瓶中，并標記。用移液槍從中取100μl樣品并用n,n-二甲基甲酰胺(dmf)稀釋至1ml，充分混合均勻。選擇小型氧化鋁柱，并用dmf潤濕，然后過濾稀釋后的聚合物樣品，除去其中的cu。此時觀察到樣品由淺藍色變透明。之后用直徑0.4mm的濾頭過濾樣品，最后將樣品放置于gpc測試小瓶中，并標記測試。

(5)通過gpc監(jiān)測反應的進行，待分子量達到目的分子量時，將兩口圓底燒瓶從油浴加熱器中取出，并打開密封的瓶口，使其充分與空氣接觸，用磁棒將纏有銅絲的磁子取出。在清洗干凈的1000ml的大燒杯中加入5-7倍反應原液體積的乙醚，設定轉速為600r/min。在高速轉動的條件下，將反應原液通過分液漏斗逐滴滴加至乙醚中并用錫紙將燒杯封口。待滴加結束后，繼續(xù)攪拌30min左右，室溫下靜置5-7h。待混合液靜置分層且上層液較為清澈透明時，將上層清液倒出。繼續(xù)在高速攪拌的狀態(tài)下加入3-5倍下層液體積的乙醚，在錫紙封口的狀態(tài)下攪拌30min，再次靜置分層。如此反復兩次后，下層的聚合物粘度逐漸增加并粘附在燒杯底部。

(6)選擇中型的氧化鋁柱，先依次加入少量的棉花及沙子，使其鋪平。然后加入約3/5氧化鋁柱高度的氧化鋁粉末，制備氧化鋁過濾柱。使用前用丙酮將其潤濕。用少量的丙酮稀釋沉淀后聚集在燒杯底部的聚合物，充分溶解后沿柱壁倒入氧化鋁過濾柱中，用稱量好質量的一次性玻璃瓶收集過濾后的清澈聚合物溶液。

(7)將過濾后收集到的所有產物都用錫紙封口并均勻的扎上小孔，然后放置于真空干燥箱，除去溶劑，得到透明的純聚合物。然后稱重，計算產率。

如圖4的凝膠滲透色譜(gpc)測試結果可知，多乙烯基單體的反應得到了很好的控制且延遲了凝膠。隨著時間的進行，單鏈超內環(huán)化聚合物的聚合過程主要表現為兩個階段。在反應的初始階段(<3.5h)，聚合物的分子量呈線性增長且為單峰分布(pdi為1.19-1.48)。該階段主要發(fā)生的是聚合物的鏈增長和分子內環(huán)化反應。隨著反應的進行(>3.5h)，聚合物逐漸呈現為多峰分布，此時發(fā)生的是分子間反應。這是由于在動力學控制的可控/活性自由基聚合中，聚合物的增長邊界(取決于動力學鏈長)較小，這限制了僅有少量臨近活性中心的乙烯基可參與反應。而由于增長邊界內的乙烯基大多數來自單體和與活性種在同一初級鏈上的懸掛的乙烯基，因此極大地促進了分子內環(huán)化反應的幾率。雖然分子間交聯反應會隨著聚合物鏈的增長而增加，但由于鏈濃度較低，因而聚合的鏈增長速率大于分子內環(huán)化反應速率大于分子間反應速率。該階段主要形成了含有大量分子內環(huán)化的單鏈聚合物,即單鏈超內環(huán)化聚合物。本發(fā)明中，分別將(數均)分子量約為10kda，20kda，40kda的單鏈超內環(huán)化聚合物簡稱為k1，k2，k3。

圖5是不同分子量單鏈超內環(huán)化聚合物的核磁共振氫譜測試，可知聚合物中含有大量的乙烯基官能團，計算出其乙烯基含量及環(huán)化度。聚合物中乙烯基的含量及環(huán)化度可以通過公式(1)與(2)來計算(zhaot,zhangh,zhoud,etal.watersolublehyperbranchedpolymersfromcontrolledradicalhomopolymerizationofpegdiacrylate[j].rscadvances.2015,5(43):33823-33830.)。

a、d和d’分別代表核磁共振氫譜中峰值大小(峰面積)。表1的結果表明隨著聚合物分子量的增長，乙烯基含量逐漸降低(k1:50.31％,k2:41.36％,k3:21.93％)，環(huán)化度逐漸增加(k1:49.68％,k2:58.64％,k3:78.07％)。這是由于隨著反應的進行，體系內聚合物濃度和線性聚合物鏈均增加，聚合物進行分子內環(huán)化的幾率大于線性增長，聚合物鏈上的乙烯基發(fā)生內環(huán)化，消耗掉了聚合物自身上的乙烯基團。

表1不同分子量的單鏈超內環(huán)化聚合物的反應結果

聚合物在溶劑中的構象與其馬克-霍溫克公式常數α有關。當α≤0.5時，聚合物呈現較為致密的結構。當0.5≤α≤0.8時，聚合物呈現無規(guī)線團構象；而聚合物線團越為伸展，α越接近0.8；聚合物呈剛性線團狀時，1≤α。聚合物的α值可通過gpc三種檢測器(差折光檢測ri，粘度檢測器vs和激光散射檢測器ls)的聯用來測得。測試結果如圖6所示，結果表明單鏈超內環(huán)化聚合物的馬克-霍溫爾常數α為0.29-0.34,這表明形成的聚合物的結構較為致密。

聚合物的描電鏡如圖7所示，結果表明單鏈超內環(huán)化聚合物在水溶液中呈球形且均勻分布。圖8的激光粒徑分布測試(lpsd)結果顯示單鏈超內環(huán)化聚合物的粒徑約為7.25±1.5nm。采用零價銅調節(jié)的可控活性自由基聚合方法聚合聚乙二醇二丙烯酸酯可合成新型的單鏈超內環(huán)化聚合物，且該聚合物結構致密，呈現出類似于直徑為7.25±1.5nm的球形結構。

由¹h-nmr測試結果可知，單鏈超內環(huán)化聚合物中乙烯基官能團的含量較多且pegda700是水溶性的，因此與光引發(fā)劑混合后在紫外燈照射下可快速交聯為水凝膠材料并有望用作生物粘合劑。通過流變性能、粘附性能、溶脹性能、降解性能及生物相容性測試可具體的表征該水凝膠材料的物理性能及生物性能。

分別以分子量不同的單鏈超內環(huán)化聚合物為前驅體，2,2-二甲氧基-苯基苯乙酮(irgacure2959)為紫外光引發(fā)劑，水為溶劑，采用光引發(fā)自由基聚合反應制備了一系列不同濃度的水凝膠材料。具體制備方法如下：如表2所示，將不同分子量的單鏈超內環(huán)化聚合物配置為不同濃度的聚合物水溶液，置于一次性玻璃瓶中并充分溶解。由于irgacure2959在純凈水中的溶解性很差，故將其溶解于丙酮中，且配為質量百分數為5％的irgacure2959/丙酮溶液，在光交聯前用移液槍取相應體積的溶液加入到聚合物水溶液中，迅速用渦旋儀震蕩混勻。取適量體積的無色透明溶液置于相應容器內，放于uv燈下，在一定的光照條件下固化成水凝膠。

表2制備水凝膠材料的投料比

聚合物的流變性能及紫外引發(fā)固化成膠的研究可通過由壓力控制的平板型(d＝8mm)ar2000流變儀來實現。在光交聯流變性能的研究中，采用的是波長為320-390nm，光強度為100mw/cm²的omnicure1000型紫外燈。測試過程中，紫外光可穿過pmma的底盤，所以聚合物可受到紫外光照直至成膠。本次測試在室溫下光交聯20s后，在頻率為5hz，應變?yōu)?％，高度為0.8mm的震蕩-時間模式下進行測試。將配置好的聚合物混合溶液置于測試臺上，進行1min的穩(wěn)定測試，而后進行紫外光交聯20s。待測試完成后，可在頻率為0.1至100hz的震蕩-頻率模式下進一步測試水凝膠材料的儲存模量g'和損耗模量g"。在震蕩-時間測試模式下，聚合物水溶液的儲存模量g'和損耗模量g"在前1min內無明顯變化。紫外光照后，聚合物的g'開始急劇增加并遠遠大于g"，且10秒內g'與g"出現了交點，表明了水凝膠材料的形成。從圖9(a)可知，交聯后的水凝膠材料的模量比未交聯聚合物的模量高了4個數量級，且達到恒定值而不隨時間變化。這進一步表明了單鏈超內環(huán)化聚合物可在20s內快速聚合并完全形成了水凝膠材料。此外，單鏈超內環(huán)化聚合物的g'隨分子量的增加而降低(k1:0.29mpa,k2:0.23mpa,k3:0.08mpa)，這是由于隨著反應的進行，聚合物鏈增長速率降低，而分子內環(huán)化反應幾率增加，聚合物鏈自身中的部分乙烯基被消耗，表現為乙烯基含量隨分子量的增加而降低，從而交聯密度降低導致g'的下降。

單鏈超內環(huán)化聚合物因具有致密的結構及較高的乙烯基含量，故其交聯密度高而表現出具有較高的g'。在震蕩-頻率測試模式下，對水凝膠材料的穩(wěn)定性進一步表征。如圖9(b)所示，在0.01hz到256hz的測試頻率條件下，單鏈超內環(huán)化聚合物的g'在該頻率范圍內(0.01hz-256hz)一直保持穩(wěn)定。進一步表明了單鏈超內環(huán)化聚合物的結構較穩(wěn)定，這是聚合物結構和交聯密度共同作用的結果。

為了表征水凝膠材料的粘附性能,可通過lap-shear,pull-off,burst測試分別從橫向粘附、縱向粘附及耐沖擊程度來進行力學粘附性能的表征。

由實驗可知紫外光交聯的強度和時間會影響水凝膠的粘附強度，因此在改變光交聯的強度和時間的條件下通過lap-shear測試可獲得水凝膠粘附強度達最大值時的交聯條件。優(yōu)化實驗中使用的是分子量為10kda、20kda、40kda，質量百分數為30％的單鏈超內環(huán)化聚合物的水溶液。光交聯強度為0.8w/cm²、1.2w/cm²、1.7w/cm²，光交聯時間為10s、15s、20s。由測試結果表3可知，在相同的交聯時間條件下，水凝膠的粘附強度隨光交聯強度的增加而增加。類似的，在相同的交聯強度條件下，水凝膠的粘附強度隨光交聯時間的增加而增加。因此可知，單鏈超內環(huán)化聚合物在交聯強度為1.7w/cm²，交聯時間為20s時可交聯固化并達到最大粘附強度(16kpa)。因此，在水凝膠粘附性能測試中均使用該最優(yōu)光交聯條件。

如表4所示，在最優(yōu)化光交聯條件下(1.7w/cm²，20s)，具有相同分子量的單鏈超內環(huán)化水凝膠的粘附強度隨聚合物濃度(10％,20％,30％)的增加而增加。例如分子量為k1時，濃度為10％、20％、30％的單鏈超內環(huán)化水凝膠的lap-shear粘附強度分別為3.43kpa、7.86kpa、15.67kpa,pull-off粘附強度分別為1.83kpa、3.68kpa、5.39kpa。分子量為k2、k3時，表現出相同的變化趨勢。這是由于聚合物溶液濃度越高，乙烯基含量越高，其交聯密度也較高。

表3不同分子量的單鏈超內環(huán)化水凝膠在不同的光交聯條件下的lap-shear測試

表4最優(yōu)交聯條件下單鏈超內環(huán)化水凝膠材料的粘附性能測試

當聚合物濃度相同時，單鏈超內環(huán)化水凝膠的粘附強度隨聚合物分子量的增加而降低，例如聚合物濃度為30％時，分子量為k1、k2、k3的單鏈超內環(huán)化水凝膠的lap-shear粘附強度分別為15.67kpa、12.84kpa、8.11kpa，pull-off粘附強度分別為5.39kpa、3.89kpa、2.97kpa，burst粘附強度分別為0.367mpa、0.309mpa、0.236mpa。這歸因于部分乙烯基團在分子內環(huán)化反應中被消耗，導致交聯密度降低，該結論與水凝膠流變性能測試的結果相同。綜上所述，單鏈超內環(huán)化水凝膠的lap-shear粘附強度可達15.67kpa，pull-off粘附強度達5.39kpa，burst粘附強度高達0.367mpa。由此可知，該水凝膠具有較強的粘附性能，有望用作創(chuàng)傷敷料。

聚合物水凝膠是由水和聚合物網絡結構構成的，它可以吸收一定量的水分并溶脹為溶脹水凝膠。平衡狀態(tài)的溶脹率可視為表征聚合物交聯度的一個直接參數，因此可通過溶脹實驗來表征聚合物的結構特征。溶脹率會隨著交聯度的不同而變化。

為了在生理條件下評價水凝膠的溶脹性能，測試時將制備好的水凝膠浸泡在pbs緩沖液的24孔板中，并置于37℃的搖床中。溶脹率可通過一定時間內水凝膠材料重量的變化來計算。溶脹測試結果如圖10所示，單鏈超內環(huán)化水凝膠在初期階段溶脹較快并在15天左右時候達到平衡狀態(tài)，此時的體積為原來的1.29-1.38倍。當聚合物分子量分別為10kda、20kda、40kda時，單鏈超內環(huán)化水凝膠平衡時的溶脹率分別為15.61％、20.86％、29.72％。這是由于單鏈超內環(huán)化水凝膠中乙烯基含量隨著分子量的增加而降低，故其交聯密度下降。溶劑分子更易進入聚合物網絡中，使得分子鏈擴張，進而引起聚合物體積的增大。

一般來說，對于大多數組織工程所應用的理想生物材料應具有可調節(jié)、較穩(wěn)定的降解性能。聚合物在氧化反應、輻射、熱分解或水解作用下，其主鏈或側鏈發(fā)生斷裂而引起聚合物的降解。其中，聚合物因水解作用而發(fā)生的降解可認為是聚合物中的主鏈，低聚物或單體間在水解作用下發(fā)生了化學鍵的斷裂。因聚合物中存在酯基官能團，當浸泡在pbs緩沖液中后會因水解作用而發(fā)生降解，實驗結果如圖11所示。單鏈超內環(huán)化水凝膠沒有表現出較大的降解行為，這是由于其擁有類似于非降解性peg水凝膠材料的較長的碳主鏈，僅有側鏈的酯基在水解作用下發(fā)生了降解，最終聚合物降解為較長的碳鏈聚合物和較短的peg鏈單元。當聚合物分子量不同時，其降解行為也有所變化。當聚合物分子量分別為k1、k2、k3時，聚合物降解后剩余聚合物質量分數為79.65％,85.72％,89.37％。這種變化趨勢的主要原因是隨著聚合物分子量的增加，聚合物形成的結構相對于分子量較小的聚合物來說更為致密，水解作用相對減弱，降解能力降低，剩余聚合物的質量分數相對增加。綜上所述，具有較慢降解行為的單鏈超內環(huán)化聚合物適合用于需長期愈合的創(chuàng)傷敷料或組織粘合劑。

為了表征水凝膠材料的生物相容性，可通過纖維母細胞(fibroblast)代謝活動在標準的條件下來測試。在標準細胞培養(yǎng)條件下培養(yǎng)小鼠3t3成纖維細胞24h后，放入光交聯制備的水凝膠材料。繼續(xù)培養(yǎng)24小時后，取出水凝膠材料并用方法來測試其細胞毒性。測試結果如表5所示，水凝膠材料的細胞毒性隨聚合物分子量的增加而降低。如分子量為k1、k2、k3的單鏈超內環(huán)化水凝膠的細胞存活率分別為87.9％,89.4％,92.1％。雖然單鏈超內環(huán)化聚合物中乙烯基含量較高，但由于環(huán)化結構的存在，部分乙烯基團被包埋在結構中，而暴露在表層的乙烯基相對來說減少，因此單鏈超內環(huán)化結構水凝膠具有較低的細胞毒性。

表5濃度為30％的不同分子量的單鏈超內環(huán)化水凝膠材料的細胞毒性測試

上述性質測試方法基本如下，以供參考：

lap-shear測試

進行l(wèi)ap-shear測試前需要準備測試樣品。具體制備過程如下：

1)配置聚合物混合溶液：將不同結構、不同分子量的純聚合物分別配置為不同濃度(10％,20％,30％,50％w/v)的聚合物水溶液；然后將紫外光引發(fā)劑irgacure2959配置成濃度為5％的丙酮溶液。按照聚合物與光引發(fā)劑的質量比為100:1的比例混合均勻。

2)粘附試樣的制備：將預處理過的豬皮裁剪為長40mm，寬25mm，厚1mm的形狀，用superglue將其脂肪側粘在長75mm，寬25mm，厚1mm的玻璃片上。然后用移液槍取200μl的聚合物混合溶液使其均勻的平鋪在豬皮表皮上。再取同樣大小的玻璃片使其輕輕覆蓋在聚合物混合溶液上。在預設光強和時間條件下(強度：0.8,1.2,1.7w/cm²；時間：10s,15s,20s)，且紫外燈距上層玻璃片1cm處進行光交聯固化。光交聯結束后，樣品在室溫條件下放置2-3min后再進行l(wèi)ap-shear測試。

3)lap-shear測試：將制備好的測試樣品，垂直方向上平行的置于測試機上。在2mm/min的恒定速度下進行拉伸，直至斷裂。粘附強度為斷裂前的最大值，每組測試重復3次。

pull-off測試

進行pull-off測試前需要準備測試樣品。具體制備過程如下：

1)配置聚合物混合溶液：將不同結構、不同分子量的純聚合物分別配置為不同濃度(10％,20％,30％,50％w/v)的聚合物水溶液；然后將紫外光引發(fā)劑irgacure2959配置成濃度為5％的丙酮溶液。按照聚合物與光引發(fā)劑的質量比為100:1的比例混合均勻。

2)粘附試樣的制備：將預處理過的豬皮裁剪為直徑25mm，厚1mm的圓片形，用superglue將其脂肪側粘在直徑為25mm的鋁片上。然后用移液槍取100μl的聚合物混合溶液使其均勻的平鋪在豬皮表皮上。再用長75mm，寬25mm，厚1mm的玻璃片輕輕覆蓋在聚合物混合溶液上。在預設光強和時間條件下(強度：1.7w/cm²；時間：20s)，且紫外燈距上層玻璃片1cm處進行光交聯固化。待光交聯結束后，用superglue將相同大小的鋁片站在玻璃片上。樣品在室溫條件下放置2-3min后再進行pull-off測試。

3)pull-off測試：將制備好的測試樣品，水平方向上平行的置于測試機上。在2mm/min的恒定速度下進行拉伸，直至斷裂。粘附強度為斷裂前的最大值，每組測試重復3次。burst測試

進行burst測試前需要準備測試樣品。具體制備過程如下：

1)配置聚合物混合溶液：將不同結構、不同分子量的純聚合物分別配置為不同濃度(10％,20％,30％,50％w/v)的聚合物水溶液；然后將紫外光引發(fā)劑irgacure2959配置成濃度為5％的丙酮溶液。按照聚合物與光引發(fā)劑的質量比為100:1的比例混合均勻。

2)粘附試樣的制備：將預處理過的豬皮裁剪為直徑30mm，厚1mm的圓片形，用superglue將其脂肪面固定在burst測試泵的表面，并在豬皮的表面扎一個小孔，與泵上小孔位置平行，大小一致。打開水龍頭，調節(jié)流速使得水能以水柱的形式噴出并記錄此時的初始壓力p0。關閉水龍頭并除去豬皮表面的水。然后用移液槍取200μl的聚合物混合溶液使其均勻的平鋪在豬皮表皮上。在預設光強和時間條件下(強度：1.7w/cm²；時間：20s)，且紫外燈距上層玻璃片1cm處進行光交聯固化，使得水凝膠粘在豬皮上。待光交聯結束后，于室溫條件下放置2-3min后再進行burst測試。

3)burst測試：打開水龍頭，在預設流速條件下進行測試，直至水凝膠破裂，水柱噴出，記錄最大壓力值pt。則最大粘附強度為p＝pt-p0，每組測試重復3次。

溶脹性能表征

水凝膠溶脹性能的測試可用稱重法進行測定。具體過程如下：

1)水凝膠的制備：將不同結構、不同分子量的聚合物配置為濃度為30％的聚合物溶液，然后加入濃度為5％的光引發(fā)劑irgacure2959溶液，質量比為100:1。取50μl的混合物溶液置于已稱重的玻璃片上，在強度為1.7w/cm²，時間為20s，高度為1cm的條件下進行光交聯固化。待光交聯結束后，立刻稱重水凝膠，并記為初始重量w0，然后將其置于2ml的pbs緩沖液中，放在37℃的搖床中以緩慢的速度搖晃。

2)稱重：定期的從pbs緩沖液中取出溶脹的水凝膠，輕輕擦去表面多余水分并稱重，記為wt。然后將水凝膠重新放回pbs緩沖液中。水凝膠的溶脹率(sr)可通過公式(3-1)計算：

sr＝(wt-w0)/w0×100％(公式3-1)

每種水凝膠取四個樣品進行測試，求平均值，記為最終的溶脹率sr。

降解性能表征

水凝膠降解性能的測試可用稱重法進行測定。具體過程如下：

1)水凝膠的制備：將不同結構、不同分子量的聚合物配置為濃度為30％的聚合物溶液，然后加入濃度為5％的光引發(fā)劑irgacure2959溶液，質量比為100:1。取50μl的混合物溶液置于已稱重的玻璃片上，在強度為1.7w/cm²，時間為20s，高度為1cm的條件下進行光交聯固化。待光交聯結束后，將其置于2ml的pbs緩沖液中，放在37℃的搖床中以緩慢的速度搖晃。取其中的一組(4個)水凝膠，將其冷凍干燥，達到恒重時稱重，記為初始重量w0。

2)稱重：定期的從pbs緩沖液中取出水凝膠，經冷凍干燥處理達恒重時，記錄重量wt。水凝膠降解后殘余質量百分數率可通過公式(3-2)計算：

massloss＝(w0-wt)/wt×100％(公式3-2)

每種水凝膠取四個樣品進行測試，求平均值，記為最終的殘余質量百分數。

本專利通過零價銅調控的可控/活性自由基聚合方法(cu⁰-mediatedcrp)均聚pegda700單體得到單鏈超內環(huán)化聚合物poly(pegda700)sk。其單鏈超內環(huán)結構的形成依賴于動力學控制的聚合反應，其鏈增長和分子內環(huán)化反應被促進，分子間交聯反應被抑制。通過聚合物的表征證明，單鏈超內環(huán)化聚合物的α小于0.5，其結構類似于球狀。通過紫外光交聯可將聚合物水溶液固化來制備水凝膠材料。通過紫外光-流變聯合測試可知，單鏈超內環(huán)化聚合物可快速成(<20s)且高度環(huán)化結構及大量乙烯基使其具有較高的儲存模量g'。通過lap-shear、pull-off及burst測試評價水凝膠材料的組織粘附性能發(fā)現，單鏈超內環(huán)化水凝膠具有較高的粘附強度。此外，單鏈超內環(huán)化水凝膠具有較低的溶脹性能與較慢的降解性能。通過細胞毒性測試可知，單鏈超內環(huán)化水凝膠具有較好的細胞相容性。即本發(fā)明的單鏈超內環(huán)化聚合物和交聯后的水凝膠在作為創(chuàng)傷敷料或組織粘合劑中的應用。

以上對本發(fā)明做了示例性的描述，應該說明的是，在不脫離本發(fā)明的核心的情況下，任何簡單的變形、修改或者其他本領域技術人員能夠不花費創(chuàng)造性勞動的等同替換均落入本發(fā)明的保護范圍。