本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)度、生物黏性光控脫附水凝膠的制備方法。

背景技術(shù)：

水凝膠是一種含有大量水介質(zhì)，具有空間三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的功能材料。由于其與生物組織相類似，因此水凝膠在組織工程，載藥運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域取得了廣泛的應(yīng)用。具備生物黏性的水凝膠材料，通過優(yōu)異的粘接性能，不但可以實(shí)現(xiàn)不同單體水凝膠相結(jié)合的需求，在濕潤的玻璃、塑料及人類皮膚上也可以實(shí)現(xiàn)粘接的功能。具備生物黏性的水凝膠材料，在醫(yī)用敷料或外科包扎等醫(yī)用領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

目前，關(guān)于制備一種高強(qiáng)度、生物黏性光控脫附水凝膠的研究已經(jīng)取得了相應(yīng)的進(jìn)展。然而，制備出滿足易制備，高強(qiáng)度，快速脫附特性的水凝膠仍是當(dāng)今科研熱點(diǎn)與難點(diǎn)。傳統(tǒng)方法制備的具備生物黏性的水凝膠，通常具有較低的力學(xué)強(qiáng)度值，在實(shí)際應(yīng)用過程中，容易發(fā)生破損，不能長期使用。在脫附過程中，通常采用直接外力去除的方法，脫附過程復(fù)雜，脫附效率低。這些不足都在很大程度上限定了具有生物黏性水凝膠的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明由溫敏型單體n-異丙基丙烯酰胺與合成硅酸鎂鋰交聯(lián)形成的水凝膠構(gòu)成。以納米木漿纖維素作增強(qiáng)相，通過原位自由基聚合，簡化材料加工制備過程，提高材料制備效率。在滿足水凝膠材料自身強(qiáng)度的同時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)在光控條件下快速脫附。結(jié)合3d打印模具技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)所述水凝膠的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

與傳統(tǒng)技術(shù)相比，本發(fā)明所制備的水凝膠材料具有易制備，高強(qiáng)度，可在光控條件下快速脫附的特性。同時(shí)具有制備方法簡便、節(jié)能節(jié)材、環(huán)境友好、行之有效、易于推廣全程綠色等特性，將會(huì)產(chǎn)生較好的社會(huì)與生態(tài)效益，更符合國家可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略需求。具體工藝過程包括高強(qiáng)度、生物黏性光控脫附水凝膠的制備及成型兩個(gè)階段：

1)高強(qiáng)度、生物黏性光控脫附水凝膠的制備：

a.以n-異丙基丙烯酰胺作單體，xls型合成硅酸鎂鋰作交聯(lián)劑，過硫酸鉀作引發(fā)劑，n,n,n’,n’-四甲基乙二胺作催化劑，納米木漿纖維素作增強(qiáng)相，氧化石墨烯作光熱轉(zhuǎn)化相，α-環(huán)糊精提供生物黏性。單體，引發(fā)劑，催化劑之間的摩爾比為100:0.370:0.638；納米木漿纖維素含量為2wt.％，α-環(huán)糊精含量為2wt.％，氧化石墨烯含量為1wt.％～3wt.％。交聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3wt.％；

b.在冰水浴條件下將一定含量的氧化石墨烯加入蒸餾水中，超聲振蕩半小時(shí)并攪拌半小時(shí)；然后依次加入納米木漿纖維素和α-環(huán)糊精，并依次攪拌半小時(shí)。隨后加入交聯(lián)劑中，攪拌1小時(shí)；然后加入單體并攪拌2小時(shí)；最后依次加入引發(fā)劑和催化劑，攪拌5分鐘；

2)高強(qiáng)度、生物黏性光控脫附水凝膠的成型：

a.所選用的模具為3d打印模具，由兩個(gè)平整的薄板及兩個(gè)平整的凹槽構(gòu)成；

b.將1)階段獲得的材料注入模具中，置于25℃環(huán)境下反應(yīng)時(shí)間為24小時(shí)成型。

c.通過將一定尺寸的豬皮粘貼于水凝膠表面，在近紅外光刺激下，以豬皮掉落時(shí)間衡量脫附速率。

本發(fā)明的有益效果：

1)本發(fā)明所涉及的制備技術(shù)利用原位自由基聚合，成型高強(qiáng)度、生物黏性光控脫附水凝膠。簡化材料加工制備過程，提高制備效率。

2)本發(fā)明所涉及的制備技術(shù)采用物理交聯(lián)法制備的高強(qiáng)度、生物黏性光控脫附水凝膠。相較于化學(xué)交聯(lián)法，自身具有較高的力學(xué)強(qiáng)度，見表1。

3)本發(fā)明所涉及的制備技術(shù)通過與3d打印模具技術(shù)相結(jié)合，可以對高強(qiáng)度、生物黏性光控脫附水凝膠的成型形狀與結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過近紅外光控制可以實(shí)現(xiàn)快速脫附。

表1：高強(qiáng)度、生物黏性光控脫附水凝膠應(yīng)力應(yīng)變值

附圖說明

圖1是高強(qiáng)度、生物黏性光控脫附水凝膠制備模具示意圖。

圖2是高強(qiáng)度、生物黏性光控脫附水凝膠微觀組織圖。

圖3是高強(qiáng)度、生物黏性光控脫附水凝膠體積相變溫度圖。

圖4是高強(qiáng)度、生物黏性光控脫附水凝膠應(yīng)力應(yīng)變值。

圖5是高強(qiáng)度、生物黏性光控脫附水凝膠光控脫附過程圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：制取氧化石墨烯含量為1wt.％的高強(qiáng)度、生物黏性光控脫附水凝膠：

以n-異丙基丙烯酰胺作單體，xls型合成硅酸鎂鋰作交聯(lián)劑，過硫酸鉀作引發(fā)劑，n,n,n’,n’-四甲基乙二胺作催化劑，2wt.％納米木漿纖維素作增強(qiáng)相，2wt.％α-環(huán)糊精為生物黏性相。在冰水浴條件下將氧化石墨烯加入蒸餾水中，超聲振蕩半小時(shí)候攪拌半小時(shí)；然后依次加入納米木漿纖維素和α-環(huán)糊精并分別攪拌半小時(shí)，隨后加入交聯(lián)劑，攪拌1小時(shí)；然后加入單體并攪拌2小時(shí)；最后依次加入引發(fā)劑和催化劑，攪拌5分鐘。將所得溶液注入相應(yīng)模具中，見圖1。在25℃環(huán)境下反應(yīng)時(shí)間24小時(shí)成型。所得樣品微觀結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出類似蜂窩的結(jié)構(gòu)，如圖2所示。通過對所述高強(qiáng)度、生物黏性光控脫附水凝膠進(jìn)行差熱分析，發(fā)現(xiàn)其體積相變溫度在43.9℃附近，如圖3所示。高強(qiáng)度、生物黏性光控脫附水凝膠應(yīng)力應(yīng)變值如圖4所示。

實(shí)施例2：制取氧化石墨烯含量為2wt.％和3wt.％的高強(qiáng)度、生物黏性光控脫附水凝膠：

以n-異丙基丙烯酰胺作單體，xls型合成硅酸鎂鋰作交聯(lián)劑，過硫酸鉀作引發(fā)劑，n,n,n’,n’-四甲基乙二胺作催化劑，2wt.％納米木漿纖維素作增強(qiáng)相，2wt.％α-環(huán)糊精為生物黏性相。在冰水浴條件下將氧化石墨烯加入蒸餾水中，超聲振蕩半小時(shí)候攪拌半小時(shí)；然后依次加入納米木漿纖維素和α-環(huán)糊精并分別攪拌半小時(shí)，隨后加入交聯(lián)劑，攪拌1小時(shí)；然后加入單體并攪拌2小時(shí)；最后依次加入引發(fā)劑和催化劑，攪拌5分鐘。將所得溶液注入相應(yīng)模具中，見圖1。在25℃環(huán)境下反應(yīng)時(shí)間24小時(shí)成型。通過拉伸實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，所述水凝膠材料的強(qiáng)度隨著氧化石墨烯含量增加而提高。

實(shí)施例3：對高強(qiáng)度、生物黏性光控脫附水凝膠進(jìn)行光控脫附實(shí)驗(yàn)：

以氧化石墨烯含量為3wt.％的高強(qiáng)度、生物黏性光控脫附水凝膠為研究對象。將其依靠自身的生物黏性，不施加外力的條件下粘貼為白色泡沫塊上。通過所述水凝膠材料的生物黏性將一塊豬皮固定在其表面。利用近紅外光照射豬皮與所述水凝膠的結(jié)合界面，使豬皮掉落。通過記錄時(shí)間衡量脫附效率。通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，所述水凝膠在1分45秒內(nèi)實(shí)現(xiàn)快速脫附，如圖5所示。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)度、生物黏性光控脫附水凝膠的制備方法，高強(qiáng)度、生物黏性光控脫附水凝膠具有生物黏性及光控快速脫附功能。生物黏性及快速脫附功能由N?異丙基丙烯酰胺與XLS型合成硅酸鎂鋰交聯(lián)形成的水凝膠實(shí)現(xiàn)。當(dāng)所述水凝膠通過生物黏性附著在物體表面后，在近紅外光的控制下可以實(shí)現(xiàn)快速脫附。本發(fā)明所用原料獲取方便，制備簡單。在近紅外光控制下，1分45秒內(nèi)實(shí)現(xiàn)快速脫附。通過模具設(shè)計(jì)，所述水凝膠可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在醫(yī)用外科敷料、藥物可控釋放、柔性機(jī)器人等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

技術(shù)研發(fā)人員：李志;杜思成;梁云虹
受保護(hù)的技術(shù)使用者：吉林大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.06.15
技術(shù)公布日：2017.09.08