[发明专利]锌离子响应高强度水凝胶管及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有抗菌和抗炎症功能的锌离子响应的多功能高强度多臂水凝胶管的制备，具体为一种2-乙烯基-4,6-二氨基-1,3,5-三嗪-咪唑共聚物(PVDT-VI)水水凝胶的制备方法和应用，该水水凝胶能够通过锌离子和咪唑的络合作用固定成多臂水凝胶管，并且具有抗菌和抗炎症的效果。

背景技术

高分子水水凝胶由于具有与组织某些相似的性能及良好的生物相容性，在生物医用领域得到了广泛的研究，然而力学性能的缺陷往往阻碍了他们的实际应用。数年来，针对水凝胶力学性能差这一问题，很多研究者贡献了许多增强方法，几个具有代表性的是双网络水凝胶，纳米复合水水凝胶，高分子微球复合水水凝胶，氢键或者是偶极增强水水凝胶，滑环水水凝胶，四臂聚乙二醇水水凝胶。但是这些方法仅仅赋予水凝胶良好的力学性能，其在生物领域的应用仍面临着许多问题。近年来，利用三嗪之间的三重氢键作用制备了一系列的高强水水凝胶，在大幅提升水凝胶力学性能的同时，还可以实现水凝胶表面介导的反向转染，光致细胞无损脱附，离子刺激细胞无损脱附等生物功能。但是作为外体移植物，其还缺乏抗菌效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以2-乙烯基-4,6-二氨基-1,3,5-三嗪为主体的水水凝胶，具体为2-乙烯基-4,6-二氨基-1,3,5-三嗪、咪唑共聚物(PVDT-co-VI)，该共聚物除表现出水水凝胶的固有特性，在低浓度的锌离子的作用下可以固定成多臂管的形状，较之相同尺寸的水凝胶柱子具有更高的弯曲强度和压缩强度，同时还具有抗菌和抗炎症的效果。

本发明的目的通过下述技术方案予以实现：

锌离子响应高强度水凝胶管，其中水凝胶由2-乙烯基-4,6-二氨基-1,3,5-三嗪、咪唑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。在制备水凝胶之后，将水凝胶卷成多壁管形状，即将水凝胶卷成具有多层筒壁的圆筒结构。

在圆筒结构中，自上而下的圆筒高度为18—25mm，水凝胶形成多个同心圆筒壁，最内层形成空芯结构，最外层形成圆筒的外壁结构，由内向外由水凝胶形成层状的多个同心圆筒壁，空芯结构的直径为0.5—1.5mm，外壁结构的直径为8—12mm，同心圆筒壁的厚度为0.1—0.5mm。

在上述结构中优选，自上而下的圆筒高度为20—25mm，空芯结构的直径为0.8—1mm，外壁结构的直径为8—10mm，同心圆筒壁的厚度为0.1—0.2mm。

制备本发明水水凝胶管的方法，按照下述步骤进行：

将2-乙烯基-4,6-二氨基-1,3,5-三嗪、咪唑、交联剂和引发剂溶解在溶剂中，通过引发剂引发2-乙烯基-4,6-二氨基-1,3,5-三嗪、咪唑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锌离子响应性高强度水水凝胶；然后将水凝胶卷成多壁管形状后，将整个水凝胶管浸泡在硫酸锌的水溶液中，以通过锌离子和咪唑的络合作用固定多壁管形状。

在本发明的技术方案中，以2-乙烯基-4,6-二氨基-1,3,5-三嗪和咪唑作为共聚单体，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2-乙烯基-4,6-二氨基-1,3,5-三嗪、咪唑和交联剂中的双键，使三者几乎同时引发，发生聚合反应，最终制备的水水凝胶材料中，具有聚2-乙烯基-4,6-二氨基-1,3,5-三嗪、聚咪唑和交联剂三种物质的链段，其中2-乙烯基-4,6-二氨基-1,3,5-三嗪提供骨架中的力学性能，咪唑提供锌离子响应性，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，使整个水水凝胶材料体现出高强度，抗菌和抗炎症的效果。所述交联剂为聚乙二醇二丙烯酸酯，数均分子量4000—6000。