[发明专利]一种具有抗吸附功能的高强度水凝胶及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水凝胶及制备方法，更具体地说，涉及一种甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱和丙烯腈共聚物(PMPC-co-PAN)水凝胶及其制备方法，具有抗大分子蛋白吸附，高强度和良好耐疲劳性能。

背景技术

水凝胶是以水为分散介质，亲水性而又不溶于水的且能够吸收大量水分(通常含水量大于总质量的50％)具有交联结构的高分子聚合物材料。因为聚合物链间的物理交联和化学交联作用而不会溶解于水中，只能溶胀且保持一定的形状，同时，还具有良好的水渗透性，生物相容性，作为人体植入物可以减少不良反应。因而水凝胶作为优良的生物医用材料得到广泛应用。但是，其高含水量导致水凝胶较差的机械性能限制了其作为生物材料尤其是力学器件的应用。文献报道典型水凝胶的断裂能在10^-1-100J/m²。人体中的一些软组织(如肌腱、韧带、半月板软骨等)也是由凝胶物质构成的，此类组织具有柔软、坚韧、抗冲击等优良特点。如果能制备出与人体软组织力学性能接近且具有良好生物相容性和转基因功效的软组织类似物，将是一种更好的选择。

为了解决水凝胶较差的力学性能这一问题，近期科学家们研制了以下几种高强度水凝胶：双网络(DN)水凝胶，插层无机纳米复合水凝胶(NC)和高分子微球复合水凝胶(MMC)。但是这些高强度水凝胶不兼具高的抗拉伸和抗压缩功能(Yoshimi Tanaka，Jain Ping Gong，Yoshihito Osada.Novel hydrogels with excellent mechanical performance.Prog.Polym.Sci.2005；30：1-9.)。同时，这些高强度水凝胶缺乏良好的耐疲劳性能。

丙烯腈，由于其聚合物分子链中氰基之间的强烈分子内及分子间的偶极作用使其在高强度纤维及塑料中得到广泛应用。但强烈的偶极作用使水分子很难进入到交联的纯聚丙烯腈网络中，从而凝胶的含水量急剧降低。所以，传统意义上丙烯腈并不常用于水凝胶的制备。甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱(MPC)由于其良好的生物相容性及良好的抗吸附性能使其在生物材料中得到了广泛的应用，同时其极强的吸水性使得其在改善水凝胶及线性高分子亲水性方面能够发挥很好的作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以丙烯腈为主体的水凝胶，具体为甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱和丙烯腈共聚物(PMPC-co-PAN)，该共聚物除表现出水凝胶的固有特性，还具有很强的抗拉伸和抗压缩能力，良好的耐疲劳性能、生物相容性和抗大分子蛋白质吸附性能。

本发明的目的通过下述技术方案予以实现：

一种具有抗吸附功能的高强度水凝胶，由甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱、丙烯腈和交联剂通过自由基聚合共聚而成，所述交联剂分子的分子链两端带有碳碳双键、分子链中间为聚乙二醇分子的主链结构(即(CH₂CH₂O)_n)。

制备本发明水凝胶的方法，按照下述步骤进行：

将甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱、丙烯腈、交联剂和引发剂溶解在溶剂中，通过引发剂引发甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱、丙烯腈和交联剂分子上的不饱和键，在绝氧的条件下通过自由基聚合反应制备出具有抗吸附功能的高强度水凝胶。

在本发明的技术方案中，以丙烯腈和甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱作为共聚单体，以交联剂交联共聚单体，交联剂分子的分子链两端带有双键、分子链中间为“氧-碳-碳-氧”单键相连的骨架结构(即聚乙二醇分子的主链结构，(CH₂CH₂O)_n)，采用热源或者光源使引发剂提供自由基，再由自由基引发丙烯腈、甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱和交联剂(如不同数均分子量的聚乙二醇二丙烯酸酯，M_n为575-2000)中的双键，使三者几乎同时引发，发生聚合反应，最终制备的水凝胶材料中，具有聚丙烯腈、聚甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱和交联剂三种物质的链段，其中丙烯腈提供骨架中的刚性性能，甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱提供强吸水性、良好的生物相容性及抗吸附性能，交联剂中的聚乙二醇结构提供柔性链段，上述三部分协同作用，使整个水凝胶材料体现出高强度和抗吸附功能。