[发明专利]天然高分子模板引导聚合制备自修复水凝胶的方法

说明书

本发明公开了一种天然高分子模板引导聚合制备自修复水凝胶的方法，以含有醛基基团的直链天然高分子为模板，在碱性条件下通过希夫碱的作用使含有氨基基团的单体分子固定在天然高分子模板上，然后通过自由基聚合制备出具有高回弹性和自修复性能的高分子水凝胶。本发明方法中天然直链大分子模板的存在能有效引导单体的聚合，提高了动态的化学交联位点，从而提升了水凝胶的机械强度和自修复能力。本发明所制备的水凝胶在人造组织、生物医学相关领域有着广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于自修复高分子水凝胶领域，涉及一种天然高分子-聚丙烯酰胺复合水凝胶制备方法。

背景技术

近年来，仿生自修复材料引起了人们的广泛关注，尤其是自修复高分子水凝胶的设计和应用。高分子自修复水凝胶作为一种高含水量的软材料，除受损后自修复外能同时具有多种优异的性质，如生物相容性、吸附性、抗生物淤积行为以及生物降解性。基于这些性能，高分子自修复水凝胶已初步应用于组织工程、药物载体和生物传感器等领域。然而，大多数自修复水凝胶存在许多缺陷，比如机械强度低、韧性差、可恢复性和自修复能力差等。科学家在高强度自修复水凝胶方面做了许多工作，包括双网络水凝胶、纳米复合水凝胶、疏水作用水凝胶、双极子或氢键增强自修复水凝胶等。

天然直链高分子主要包括海藻酸钠、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、黄原胶、透明质酸和壳聚糖等，这些天然高分子广泛存在并具有价廉、无毒、可降解等优异性能，已广泛应用于食品、医药、化妆品等领域。另外，大多数天然高分子具有生物相容性，常用于生物组织材料的制备。将天然高分子用于自修复水凝胶的制备进一步扩展了其应用范围。

自然界中，生物体以其独特的生长方式创造出质轻、强度高、韧性强的天然物质，包括肌肉组织、胶原组织、软骨组织和皮肤组织。这些生物组织具有刺激响应和受损后自愈合的功能。这些优异的性能都离不开DNA的控制，正是由于DNA分子有序扩增并引导蛋白质的合成、组装，最终形成结构规整的生物组织。

发明内容

技术问题：本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种制备简单且具有优异性能的天然高分子模板引导聚合制备自修复水凝胶的方法。

技术方案：本发明利用醛基功能化高分子和希夫碱作用，在聚合之前使丙烯酰胺单体固定在高分子链上，然后通过引发剂引发聚合制备具有优异性能和自修复性能的高分子水凝胶。

本发明的天然高分子模板引导聚合制备自修复水凝胶的方法，包括如下步骤：

1)醛基功能化天然高分子的制备：将水溶性天然高分子溶于去离子水中，常温下机械搅拌10-60分钟，得到天然高分子溶液；将用量为天然高分子质量20％-200％的高碘酸钠溶于去离子水中，然后逐滴加入天然高分子溶液中；反应2-12小时后加入乙二醇终止反应，乙二醇用量为天然高分子质量的10％-100％；然后将反应得到的溶液在乙醇中沉淀、抽滤并真空干燥6-24小时，得到醛基功能化天然高分子；

2)自修复天然高分子-聚丙烯酰胺水凝胶的制备：将醛基功能化天然高分子加入到去离子水中，搅拌10-100分钟直至获得透明溶液，然后将丙烯酰胺单体分子加入到所述透明溶液中并搅拌均匀；再加入碱溶液调节pH值至碱性，继续搅拌5-30分钟；最后依次加入引发剂和催化剂；在室温下进行自由基聚合1-24小时，得到天然高分子-聚丙烯酰胺凝胶，即为自修复水凝胶

进一步的，本发明方法中，所述步骤1)中的水溶性天然高分子为海藻酸钠、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、黄原胶和透明质酸等。

进一步的，本发明方法中，所述步骤1)中水溶性天然高分子溶液的质量百分比浓度为1％-5％，乙醇用量为反应得到的溶液体积的2-10倍。

进一步的，本发明方法中，所述步骤2)中原料组分组成以质量份数计，为：醛基功能化天然高分子1-10份，丙烯酰胺单体5-20份，去离子水30-70份。