[发明专利]一种丝胶基半互穿温敏纳米复合水凝胶及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物材料和智能高分子材料领域，具体涉及一种丝胶基半互穿温敏纳米复合水凝胶及其制备方法，可应用于生物医学、组织工程和药物释放等技术领域。

背景技术

蚕丝由丝素和丝胶组成，丝胶包裹于丝素外围约占茧层质量的25％，其主要是对丝素起到胶粘和保护作用，此外也含少量蜡质、色素、碳水化合物和无机成分。丝胶(SS)是一种球状蛋白，相对分子质量为1.4～31.4万，由18种氨基酸组成。极性侧链氨基酸在丝胶的氨基酸组成中占74.61％，因此丝胶具有良好的吸水性、水溶性、抗氧化、促进细胞增殖和生物降解性，是制造生物医学材料的理想原料。

将丝胶水溶液浇铸在有机玻璃板上，室温下干燥制备成的膜会龟裂，实用价值不大。因此通常与其它物质混合制成混合膜，膜的理化性质有所改善。丝胶的肽链中含有较多的氨基、羧基和羟基等官能团，可以引入其它基团来改性丝胶，以开发出以丝胶为主体的新型材料。

将丝胶和凝胶结合，可改善丝胶的龟裂性，同时赋予凝胶良好的生物相容性。凝胶是介于固体与液体之间的一种不溶解只溶胀的高分子三维网络。目前，丝素和凝胶结合的文献报道较多，刘羿君等(功能高分子学报，2009，22(1)：55)以丝素蛋白纤维为填充材料，采用自由基聚合的方法制备了复合聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAAm)水凝胶，发现丝素蛋白纤维的加入改善了复合水凝胶的力学性能。此外，处在表面的丝素蛋白纤维与水凝胶之间存在间隙，在反复溶胀-收缩过程中可以作为输水通道，有利于水分子进出，提高了PNIPAAm水凝胶对温度的响应速率并使其溶胀-收缩重复性更好。中国专利CN 101502670A公开了一种丝素蛋白水凝胶的制备方法，将家蚕丝经脱胶、溶解、透析处理后得到的质量浓度为1-30％的丝素蛋白溶液，在0-60℃的温度条件下进行超声波振荡处理，超声波功率为10-2000瓦特，处理时间为30-600秒，再静置0-6小时，得到丝素蛋白水凝胶。采用超声波振荡处理的方法，不需要添加任何化学交联剂，能在短时间内将丝素蛋白溶液形成为水凝胶，可用于人工皮肤、人工软骨、细胞培养支架、生物反应器、酶固定化材料等生物医用方面。

就丝胶而言，吴雯等(高分子材料科学与工程，26(9)：92)采用同步-互穿方法制备了丝胶蛋白(SS)/聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAAm)水凝胶，发现SS和PNIPAAm之间存在微相分离和蜂窝状结构。然而，该凝胶采用了化学交联剂N，N’-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)和有一定毒性的戊二醛(GA)，此类凝胶存在机械性能差、响应速率慢、透明性低、易碎和生物相容性差等缺点，不利于在组织工程等领域的应用。Haraguchi等从聚合物网络设计的角度出发，提出新的构思，即通过原位自由基聚合的方法，利用无机纳米粘土锂皂石(Hectorite)作为多功能交联剂制备了高力学性能和快速响应性能的PNIPAAm/Hectorite纳米复合水凝胶。其中，剥离的Hectorite片层以氢键、离子键或配位键与高分子链形成物理交联，高分子链的一端或两端被固定在粘土片层上。中国专利CN 101319019A和CN1931901A公开了一种以市售物理交联剂锂蒙土Laponite为交联剂，乙烯基吡咯烷酮或异丙基丙烯酰胺等为功能单体，制备得到具有良好透明性、吸水溶胀性和力学性能的温敏纳米复合水凝胶。

从上述专利或文献来看，目前尚无将丝胶蛋白、无机纳米材料、水凝胶材料相结合的报道。本发明综合考虑了丝胶蛋白的生物相容性、无机纳米材料的物理交联作用和水凝胶的智能性，采用半互穿网络技术，将丝胶大分子链引入纳米复合水凝胶网络中，制备得到丝胶基半互穿纳米复合水凝胶，提高传统纳米复合水凝胶的透明度、溶胀度、细胞相容性和温度响应性能等。

发明内容

本发明的发明目的在于设计一种丝胶基半互穿温敏纳米复合水凝胶，使该凝胶具有高透明度、高溶胀度、快速温度响应性和优良细胞相容性，尤其是克服目前纳米复合水凝胶存在的生物相容性不足的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种丝胶基半互穿温敏纳米复合水凝胶的制备方法，包括下述步骤：

1)无机纳米皂石粒子的分散：20～25℃下，将无机纳米皂石粒子加入去离子水中，配制成质量百分比浓度为1-4％的水溶液，搅拌10～30min，直至完全分散形成透明溶液；

2)反应预聚液的配制：氮气保护下，将丝胶和烷基丙烯酰胺类单体依次加入上述透明溶液中，丝胶和烷基丙烯酰胺类单体在水溶液中的质量百分比浓度分别为1～3％和9～7％，20～25℃下搅拌20～40min，形成略呈淡黄色的反应预聚液；