[发明专利]一种仿生关节软骨聚离子络合物水凝胶及其制备方法

说明书

本发明公开了一种仿生关节软骨的聚离子络合物水凝胶及其制备方法，以丙烯酸作为阴离子单体，聚（对苯乙烯磺酸钠）作为阴离子聚电解质，甲基丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵作为阳离子单体，丙烯酰胺作为提供含氧官能团的中性介质，将上述四种物质配制成混合溶液发生自由基聚合反应制备所述水凝胶。本发明利用自由基聚合的方法，在很短的时间内制备出了一种聚离子络合物水凝胶，即便是辐照5min所制备的样品也表现出优异的粘弹性；在浓度范围内得到的水凝胶样品都表现出良好的力学性能与生物摩擦性能；所用化学药品无需特殊处理，一步法制备过程非常简单，反应条件温和，适合大规模生产。

技术领域

本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种聚离子络合物水凝胶及其制备方法。

背景技术

关节软骨由于物理创伤或者骨关节炎而极易遭到损伤，但是，软骨组织内部缺乏神经和血管，以及潜在的干细胞/软骨祖细胞，限制了软骨自我修复的能力。目前软骨修复的研究主要集中于合成关节软骨替换物或者能够刺激新组织再生的生物材料。水凝胶能被用作关节软骨修复材料是由于以下两个原因：卓越的生物相容性；性质类似于天然软骨，如相似的结构，溶胀性能和粘弹性。用于修复关节软骨的水凝胶主要包括：聚乙烯醇水凝胶，透明质酸凝胶，藻酸盐凝胶，纤维蛋白凝胶和壳聚糖凝胶。这些水凝胶通常由于较差的力学性能而限制了应用，因此，需要与其他材料结合形成水凝胶复合材料，以提高机械性能，这使得制备过程更为复杂。

近年来，聚电解质凝胶由于其良好的亲水性，生物相容性，优异的力学性能以及在组织工程领域的潜在应用前景而逐渐引起科学界的关注。

Sun等采用两步法将阳离子单体和阴离子单体的顺序均聚合成水凝胶，该水凝胶材料具有高强度和高韧性，但是由于采用分步方法阻碍了其在工业规模上的生产。(Sun,T.L.,et al.,Physical hydrogels composed of polyampholytes demonstrate hightoughness and viscoelasticity.Nature Materials,2013.12(10):p.932-7.)。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有良好生物力学性能和生物摩擦性能的聚离子水凝胶的制备方法。

本发明的技术方案如下：

聚离子络合物水凝胶及其制备方法，以丙烯酸(AA)作为阴离子单体，聚(对苯乙烯磺酸钠)(PSS)作为阴离子聚电解质，甲基丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵(MTAC) 作为阳离子单体，丙烯酰胺(AAm)作为提供含氧官能团的中性介质，将上述四种物质配制成混合溶液发生自由基聚合反应制备所述水凝胶。

进一步，所述混合液中，AA的浓度为20％(v/v)；AAm的摩尔浓度为1～3mol/L，优选1mol/L～2mol/L。

进一步，PSS和MTAC的浓度均为AA体积浓度的20％～40％(v/v)。

进一步，在所述混合液中加入光引发剂和交联剂在紫外光辐照下发生自由基聚合反应。

更进一步的，所述的光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮 (2-hydroxy-2-methylpropiophenone)，交联剂为三乙二醇二甲基丙烯酸酯(TEGDMA)。

更进一步的，辐照时间为5～20min

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明利用自由基聚合的方法，在很短的时间内制备出了一种聚离子络合物水凝胶，即便是辐照5min所制备的样品也表现出优异的粘弹性；在浓度范围内得到的水凝胶样品都表现出良好的力学性能与生物摩擦性能。

(2)所用化学药品无需特殊处理，一步法制备过程非常简单，反应条件温和，适合大规模生产.