一種具有優(yōu)異回彈性的生物友好水凝膠制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬水凝膠的制備方法，特別是涉及一種優(yōu)異回彈性、良好生物相容性及機(jī) 械性能的水凝膠的制備方法。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003] 高分子凝膠是指三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的高分子化合物與溶劑組成的體系，其中的高分子 以范德華力，化學(xué)鍵力，物理纏繞力，氫鍵力等連接。由于它是一種三維網(wǎng)絡(luò)立體結(jié)構(gòu)，因此 它不能被溶劑溶解，同時(shí)分散在溶劑中并能保持一定的形狀。溶劑雖然不能將三維網(wǎng)狀結(jié) 構(gòu)的高分子溶解，但高分子化合物中親溶劑的基團(tuán)部分卻可以被溶劑作用而使高分子溶 脹，這也是形成高分子凝膠的原因。
[0004] 生物醫(yī)藥用凝膠，以對(duì)人體組織的模擬與性能的控制為終極目標(biāo)，對(duì)凝膠的生物 相容性、可降解性、力學(xué)性能、細(xì)胞或蛋白黏附性、藥物緩釋性、特殊選擇性等提出了很高的 要求。近年來(lái)，多種不同合成及天然大分子被用于此領(lǐng)域的研究。合成材料如聚乳酸(PLA)， 聚氨酯(PU)，聚乙二醇(PEG)等均已被作為組織工程材料運(yùn)用。目前的生物醫(yī)藥用凝膠也存 在著明顯的不足，最突出的為其力學(xué)性能較差，無(wú)法滿足針對(duì)有較高強(qiáng)度要求的組織的模 擬需求。如何提高具有生物相容性凝膠的力學(xué)強(qiáng)度則是亟待解決的問(wèn)題。在通常的高強(qiáng)度 凝膠制備制備中，三種方式最為典型，如雙網(wǎng)絡(luò)凝膠、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)凝膠和納米復(fù)合凝膠，其中 納米復(fù)合凝膠為加入不同納米物質(zhì)如粘土、蒙脫土等作為交聯(lián)劑或增強(qiáng)劑，其方法簡(jiǎn)單，效 果顯著，被認(rèn)為是最理想的高強(qiáng)度凝膠的制備方式。
[0005] 多面體低聚倍半硅氧烷（Polyhedral oligomeric silsesquioxane, P0SS)是 一種新型的有機(jī)無(wú)機(jī)納米顆粒，于1946年首次合成。1991年在美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室的支 持下，Lichtenhan等制備了一系列帶官能基的P0SS,并將其用于高分子的改性。P0SS的 分子通式為（RSiOl.5) 8，式中的R是有機(jī)取代基，可以為H、烷基、芳基等惰性基團(tuán)和乙 烯基、氨基等活性基團(tuán)，同時(shí)分子具有無(wú)機(jī)骨架且分子尺寸在1~3nm之間。惰性基團(tuán)可以增 大P0SS與聚合物的相容性；活性基團(tuán)通過(guò)化學(xué)改性可以與聚合物或者聚合物單體反應(yīng)。 由于具有這些特性，所以P0SS-問(wèn)世便受到了極大的關(guān)注。并被用于聚合物的改性。而近 年來(lái)，P0SS已被廣泛應(yīng)用于生物領(lǐng)域，并發(fā)現(xiàn)具有非常好的生物相容性。同時(shí)，P0SS也被運(yùn) 用于水凝膠中被用于提高凝膠的力學(xué)性能、解溶漲速率或?qū)⒐δ苄砸胨z中。采用 P0SS雜化水凝膠仍有很大的發(fā)展空間。以往研究中，P0SS加入凝膠的研究均限于在P0SS側(cè) 鏈中引入反應(yīng)性基團(tuán)如雙鍵、環(huán)氧基團(tuán)等通過(guò)反應(yīng)引入凝膠中，且由于絕大多數(shù)的P0SS單 體均為油溶性，僅可通過(guò)有機(jī)相的反應(yīng)引入凝膠中，且P0SS在凝膠中分布不均勻，導(dǎo)致其聚 集從而影響了凝膠的性能，限制了其應(yīng)用。
[0006] 在本發(fā)明中，通過(guò)以冷凍聚合的PEG為基體凝膠，在其中引入和基體具有較佳相容 性和相互作用的P0SS粒子，得到了 P0SS雜化凝膠。此凝膠具有較好的力學(xué)強(qiáng)度，尤其是擁有 優(yōu)異的回彈性。因 P0SS本身具有的良好的生物相容性，此凝膠有潛力運(yùn)用于生物工程和緩 釋領(lǐng)域。
[0007]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的是為了提供一種水凝膠的制備方法，尤其是提供一種具有較好力學(xué) 性能、優(yōu)異回彈性及生物相容性的水凝膠的制備方法。
[0009] 本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的： 一種具有優(yōu)異回彈性的生物友好水凝膠制備方法，其制備過(guò)程為： (1)預(yù)聚液的配置:配置溶有一定濃度聚乙烯醇(PVA)、聚乙二醇(PEG)的水溶液，在其 中緩慢加入八氨鹽基籠狀倍半硅氧烷(0a-P0SS)，攪拌均勻后超聲震蕩20min，至溶液均勻 透明，后加入端羥基P0SS化合物，高速攪拌10分鐘后超聲震蕩20min至體系均勻，得到預(yù)聚 液A 〇
[0010] 預(yù)聚液A中，PVA在水溶液中的質(zhì)量濃度介于15%-30%之間，PEG在水溶液中的質(zhì)量 濃度介于2%_5%之間，端羥基P0SS化合物的用量為PVA質(zhì)量的3-6%之間，八氨鹽基籠狀倍半 硅氧烷的用量介于PVA的2%-4%之間。
[0011] (2)將預(yù)聚液封閉如容器后放入-80度液氮中急冷30分鐘，轉(zhuǎn)移至-20度環(huán)境下冷 凍24小時(shí)，后移出至室溫(20度)下12小時(shí)解凍，重復(fù)以上急冷-冷凍-解凍過(guò)程重復(fù)5次。
[0012] (3)將凝膠從容器中取出以去離子水和丙酮反復(fù)交替浸泡以除去凝膠內(nèi)未結(jié)合的 單體，后以去離子水沖洗以完全清除凝膠內(nèi)的丙酮得到最終凝膠。
[0013] 進(jìn)一步，所述聚乙烯醇的聚合度介于400-3000之間，醇解度大于98%。
[0014] 進(jìn)一步，本發(fā)明所述PEG的分子量介于2000-6000之間。
[0015] 進(jìn)一步，本發(fā)明所述端羥基P0SS化合物為端基具有一個(gè)或多個(gè)羥基的P0SS粒子，為兩 種P0SS粒子即 1，2-Propanediol lsobutyl P0SS(1，2-丙二醇丁基醚P0SS)和TMP Diollsobutyl P0SS(三羥甲基丙烷-異丁基丙二醇P0SS)的中的一種或兩者的任意比例混 合，兩者分子結(jié)構(gòu)式如下： TMP Diollsobutyl P0SS：
尺=18〇1311丨71(異丁基） 1,2-Propanediollsobutyl P0SS： η 尺=18〇1311丨71(異丁基） 本發(fā)明所述八氨鹽基籠狀倍半硅氧烷(OaPOSS)為親水性單體，此POSS單體因?yàn)橛写罅?氨鹽基的存在，使得單體具有良好的水溶性。其結(jié)構(gòu)式如下：
進(jìn)一步，所述三種不同的P0SS粒子均可采用Hybrid Plastics購(gòu)買(mǎi)產(chǎn)品。
[0016] 進(jìn)一步，該凝膠的成型基于PVA、PEG基團(tuán)之間在冷凍-解凍過(guò)程中產(chǎn)生的羥基之間的氫 鍵作用力。
[0017] 進(jìn)一步，所述三種P0SS粒子在凝膠合成做作用不同，TMP Diollsobutyl P0SS和1，2_ Propanediollsobutyl P0SS因端基二醇鍵的存在，可在合成過(guò)程中與PVA、PEG基體相互作 用，通過(guò)冷凍-解凍過(guò)程實(shí)現(xiàn)氫鍵結(jié)合以將P0SS粒子緊密的與分子鏈結(jié)合并實(shí)現(xiàn)纏繞，以實(shí) 現(xiàn)良好的力學(xué)性能和回彈性。同時(shí)，八氨鹽基籠狀倍半硅氧烷具有明顯的親水-親油性，可 有效改善端羥基P0SS在基體中的分散。
[0018] 進(jìn)一步，所制備凝膠具有良好的力學(xué)性能和回彈性。
[0019] 當(dāng)凝膠溶脹率為7倍時(shí)，其拉伸強(qiáng)度介于64.5-112.5Kpa之間，斷裂伸長(zhǎng)率介于 267.6%-442.7%之間，壓縮至90%不破