[发明专利]一种复合水凝胶的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合水凝胶的制备方法，属于高分子材料领域。

背景技术

聚丙烯酰胺（PAM）水凝胶因具有良好的生物兼容性，引起了生物应用界的广泛兴趣，生物应用界将其用于组织工程的支架材料、软骨组织替代材料、药物载体等领域（J. P. Gong, Advanced MateriaLs, 2003, 15，1155-1158）。尤其是具有一定强度的水凝胶支架已被应用于骨、软骨和肌肉等产品的研究开发。水凝胶的强度与凝胶的交联度及其使用条件等都有一定的关系。然而一般的水凝胶因为广泛分布的长链通过传统的共价交联形成无规则的交联点，缺乏有效的能量耗散机制，因此它呈现脆性、低延展性、低力学强度，实际应用很有限，故需进一步提高凝胶材料的机械性能。近些年来，如何提高水凝胶的力学性能并研发出具有特定功能的水凝胶已成为科学界和商界的研究重点（H. P. Cong, P. Wang，S. H. Yu. SmaLL, 2014, 10，448-453）。

羟基磷灰石（HA）/壳聚糖（CS）复合材料在骨组织工程领域中具有重要作用，壳聚糖(CS)在软骨组织工程领域具有非常多的优势，被视为骨替代材料的理想选择。CS 支架容易弯曲且机械性质不如天然骨，因此不能负载支撑植入物。陶瓷材料与 CS 支架复合可以改善提高其机械性质，可是 CS 本身却不具有骨诱导性，所以 CS 支架自身不能模拟天然骨的所有性质。磷酸钙陶瓷常用来模拟矿化自然骨的无机成分，且具有骨诱导性，因此HA /CS 复合材料在模拟矿化自然骨的组成及性质上具有很大优势，已有一些研究报道HA /CS 复合材料应用于骨组织工程。壳聚糖在不进行任何化学改性的情况下就可以作为辅料加入到羟基磷灰石骨水泥中，增强其可注射性，将HA 和CS复合使用可以充分发挥两者的优点，克服彼此的缺点。

发明内容

本发明旨在提供一种具有优良力学性能的羟基磷灰石/壳聚糖/聚丙烯酰胺软骨替代材料的制备方法。该制备技术保留了羟基磷灰石（HA）和壳聚糖（CS）两者的优点，并增强了聚丙烯酰胺聚合物单一材料的力学性能，拓宽了复合材料的应用范畴，有望在组织工程中得到应用。该制备方法过程简单，合成的杂化水凝胶材料的力学机械性能得到了显著的提高。

本发明提供的一种复合水凝胶的制备方法，是将羟基磷灰石（HA）和壳聚糖（CS）配成溶液，然后掺杂到聚丙烯酰胺（PAM）网络结构中，具体包括以下步骤：

（1）配制羟基磷灰石（HA）水溶液：将羟基磷灰石（HA）粉末溶于二次水，并且震荡搅拌使其充分溶解，即得到乳白色的HA溶液；

（2）配制壳聚糖（CS）水溶液：将壳聚糖（CS）粉末溶于二次水，然后再加入乙酸，最后震荡搅拌使其充分快速溶解，即得到乳黄色的CS溶液；

（3）制备交联剂水溶液（MBA）：取交联剂N,N'-亚甲基双丙烯酰胺（MBA）溶解于水中，超声震荡2min使溶液分散均匀，即得到交联剂水溶液；

（4）制备引发剂水溶液(KPS)：取引发剂过硫酸钾(KPS)溶解于水中，超声震荡2min使溶液分散均匀，即得到引发剂水溶液；

（5）HA/CS/PAM复合水凝胶的制备：在试管中加入单体丙烯酰胺，将（3）得到的交联剂溶液加入试管中，各取上述（1）、（2）得到的溶液滴加于试管中，并加入二次水使单体丙烯酰胺充分溶解；然后将试管密封，随后加入引发剂及加速剂，引发聚合，反应在25℃进行8-16h后，即制备得到HA/CS/PAM复合水凝胶。

上述制备方法中，所述羟基磷灰石粉末晶粒为0.04~12μm，所得溶液浓度为0.01-0.03g/mL；所述配制壳聚糖（CS）水溶液过程中，滴上0.2-0.5mL乙酸加速壳聚糖的溶解，壳聚糖溶液的浓度为0.005-0.01g/mL。

所述交联剂为N,N'-亚甲基双丙烯酰胺（MBA），浓度为0.001-0.005g/mL；所述引发剂为过硫酸钾(KPS) ，浓度为0.005-0.01g/mL。

所述加速剂为N,N,N',N'-四甲基乙二胺（TEMED），其密度为0.775g/mL，所述加速剂的添加量与单体丙烯酰胺的质量比为：7.75:1000。

所述单体丙烯酰胺、引发剂、交联剂的质量比为（250~1500）:2.5:1；所述羟基磷灰石、壳聚糖、单体丙烯酰胺的质量比为（0.1-0.5）:（0.05-0.2）:（2-4）。