[发明专利]一种纳米纤维素增强的光交联聚乙烯醇水凝胶及其制备方法和应用

说明书

本发明属于功能高分子材料技术领域，公开了一种纳米纤维素增强的光交联聚乙烯醇水凝胶及其制备方法和应用。该水凝胶由以下方法制备得到：在聚乙烯醇骨架上修饰一种光聚合官能团，将其和纳米纤维素以及光引发剂共溶于生物相容性介质中制备一定浓度的水凝胶前驱体溶液；水凝胶前驱体溶液在光照下，由于光聚合作用及氢键作用，形成纳米纤维素增强的聚乙烯醇水凝胶。本发明制备的纳米纤维素增强的光交联聚乙烯醇水凝胶具有较强的力学性能，制备方法简单、构筑原料无毒、环境友好，是一种潜在的生物医用材料。

技术领域

本发明属于功能高分子材料技术领域，特别涉及一种纳米纤维素增强的光交联聚乙烯醇水凝胶及其制备方法和应用。

背景技术

水凝胶是一类高度含水的具有三维网络交联结构的聚合物材料。水凝胶含水率高，性质柔软，能保持一定形状且能吸收大量的水。由于水凝胶结构与生物体组织结构相似，科学家们对水凝胶的应用前景寄予了厚望。现阶段，水凝胶已被广泛的应用于药物控制释放(ACS Appl.Mater.Interfaces.,2016.8,6880-6889)、组织工程材料(Biomacromolecules.,2015.16,1489-1496；Adv.Mater.,2016.28,6740-6746)、生物传感器(CN 106142786 A)、污水处理(CN 105618006 A)等领域。

聚乙烯醇(PVA)水凝胶是指把聚乙烯醇水溶液凝胶化而制成的水凝胶弹性体。聚乙烯醇是一种高分子聚合物，对人体无毒，生物相容性良好，在生物医学领域如组织工程(CN 105237935 A)，伤口敷料(CN 101570616 A)，神经修复支架(CN 204364503 U)，微生物和细胞固定载体(Biomacromolecules.,2016.17,3244-3251)等方面有广泛应用。聚乙烯醇的每一个重复单元都含有一个羟基，羟基的存在使聚乙烯醇分子内与分子间极易形成氢键，氢键的作用可以形成聚乙烯醇水溶液凝胶化。使用反复冷冻-解冻的方法正是利用了氢键的作用来制备物理交联的聚乙烯醇水凝胶，但反复冷冻-解冻的方法(ACSAppl.Mater.Interfaces.,2015.7,7436-7444)存在耗时耗能的缺点。

除了物理交联方法制备的聚乙烯醇水凝胶，也有人使用化学交联剂来制备化学交联的聚乙烯醇水凝胶，例如Shaoqin Gong等人向PVA溶液中加入纤维素纳米纤维(CNF)，通过加入戊二醛小分子交联剂使PVA分子间以及PVA与CNF之间形成交联点(Journal ofMaterials Chemistry A.,2014.2,3110-3118)，从而制备高力学性能的聚乙烯醇水凝胶。但该方法小分子化学交联剂的使用量较多且残留的未反应的化学交联剂存在于水凝胶里，因此所制备的水凝胶具有不可避免的生物安全隐患，限制了其广泛应用。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种纳米纤维素增强的光交联聚乙烯醇水凝胶的制备方法。

本发明另一目的在于提供上述方法制备的纳米纤维素增强的光交联聚乙烯醇水凝胶。

本发明的再一目的在于提供上述纳米纤维素增强的光交联聚乙烯醇水凝胶在生物组织工程材料中的应用。

本发明的目的通过下述方案实现：

一种纳米纤维素增强的光交联聚乙烯醇水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

(1)将聚乙烯醇和碱催化剂溶于良溶剂中，再加入含光聚合官能团化合物P，在加热条件下发生反应，反应结束后将所得反应液倒入不良溶剂中重沉淀，然后将沉淀物纯化、干燥得到光聚合官能团修饰的PVA-P；

(2)将光聚合官能团修饰的PVA-P、纳米纤维素以及光引发剂共溶于生物相容性介质中配置成水凝胶前驱体溶液，然后在光源光照条件下，形成纳米纤维素增强的光交联聚乙烯醇水凝胶。