[发明专利]一种用于粘结金属材料和水凝胶的桥连分子及其制备方法和应用

说明书

本发明属于有机功能分子合成领域，公开了一种用于粘结金属材料和水凝胶的桥连分子及其制备方法和应用。本发明在桥连分子中引入可与金属表面和水凝胶作用的官能团，以此为“分子界面纽带”，通过原位喷涂、浸涂等表面修饰方法在金属表面接入化学锚点，并通过原位聚合反应使得桥连分子的两个端基官能团分别与水凝胶和金属表面进行键合，达到二者之间的高强度粘合。当使用含有响应性基团的桥连分子时，可在实现高强度粘合的基础上通过外部刺激响应快速断开桥连分子，进而达到应需分离的效果。本发明中桥连分子的合成简单、重复性好、可放大制备，而整个表面处理和粘合过程便捷、高效，有望广泛应用于生物医学的相关领域，具有较高的临床应用价值。

技术领域

本发明属于有机功能分子合成领域，特别涉及一种用于粘结金属材料和水凝胶的桥连分子及其制备方法和应用。

背景技术

随着现代医学的发展，人工可植入医疗器械受到业界广泛关注和高度重视。然而，人体组织与器官的高度结构复杂性使得单一结构和组分的人工修复器械无法满足临床中的多样化的实际需求。基于此，结合柔性水凝胶材料与刚性医用合金材料开发一类新型仿生可植入医疗器械成为一种可行的新思路。

目前，尽管人们在技术上仍无法模仿生物体系的复杂结构，但发展具有仿生结构与功能的新一代医用可植入器械仍具有重要的基础研究意义和广阔的临床应用前景。水凝胶类材料泛指一类具有三维网络状交联结构的亲水性高分子，因其具有较高的水含量、可调节的机械性能、较好的生物相容性和可降解性等特点，能够更好的适应人体组织的生化与力学环境；而通过适当的化学修饰，可引入具有生物活性的官能基团，实现对多种细胞行为的调控。因此，水凝胶材料已经广泛用于替代和修复人体中软性组织器官。另一方面，医用金属/合金材料，如钛合金和镁合金等，因其具有高机械强度和抗疲劳特性，可用于支撑、保护以及对硬组织的修复替代等。然而，如何实现水凝胶与刚性医用金属材料之间的高强度粘合，是当前相关领域研究的一个难点和创新点。

另外，实际应用中，如：修复组织和生理环境复杂性或需要临时改变水凝胶在医用金属上的位置、植入材料后发生感染类问题需重新更换等，需要将水凝胶材料和医用金属材料进行方便快捷的分离，因此，如何实现水凝胶与刚性医用金属材料之间的快速分离，也是当前相关领域研究的热点。

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用于粘结金属材料和水凝胶的桥连分子。

本发明另一目的在于提供上述用于粘结金属材料和水凝胶的桥连分子的制备方法。

本发明再一目的在于提供上述用于粘结金属材料和水凝胶的桥连分子在实现水凝胶与金属材料界面高强度粘合中的应用，尤其是在制备结合柔性水凝胶材料与刚性医用金属材料的仿生可植入医疗器械中的应用。

本发明的目的通过下述方案实现：

一种用于粘结金属材料和水凝胶的桥连分子，其结构通式如下所示：

其中，R₁表示含有至少一种可以与水凝胶网络交联的官能团的基团，其中与水凝胶网络交联的官能团包括但不限于烯基、炔基、氨基、邻苯二酚、甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酰胺、丙烯酸酯、丙烯酰胺、巯基和羟基；R₁优选为甲基丙烯酰胺基团、甲基丙烯酸酯基团或者丙烯酸酯基团；

R₂表示含有至少一种可与金属材料键合的官能团的基团，其中与金属材料键合的官能团包括但不限于羧酸盐、邻苯二酚、磷酸盐、吡啶类含氮杂环和硫辛酸；优选为羧酸盐或硫辛酸基团；