[发明专利]一种高强度高韧性明胶基水凝胶的制备方法

说明书

本发明公开了一种高强度高韧性明胶基水凝胶的制备方法，具体为，首先，将明胶、功能性材料与水混合均匀，得到明胶水溶液；再向明胶水溶液中加入丙烯酸类单体和引发剂，在紫外光引发的条件下进行聚合反应，干燥，得到干燥的水凝胶；最后，浸入去离子水中进行溶胀，即可得到高强度高韧性明胶基水凝胶。本发明制备得到的明胶基水凝胶为氢键交联水凝胶，不含化学交联，制备得到的明胶水凝胶具有高强度高韧性的优点，其断裂应力可达5MPa，模量可达到10MPa以上，破坏能可达8000J/m²；另外，制备方法简单易行，成本低廉，可进行大规模推广生产。

技术领域

本发明属于水凝胶材料制备技术领域，具体涉及一种高强度高韧性明胶基水凝胶的制备方法。

背景技术

水凝胶是一种能够在水中溶胀保留大量的水，但是不溶于水的具有三维网络结构的聚合物材料，在药物传输、组织工程支架、人工关节软骨、柔性器件等方面有着广泛的应用前景，所以制备高强度和高韧性的水凝胶成为了近年来的研究热点。明胶是一种生物大分子，为胶原的降解产物，无毒，具有良好的生物相容性、和生物可降解性和环境友好性。大部分以蛋白质为基础的水凝胶材料是低韧性和高脆性低强度的，明胶作为一种蛋白质基材料，也具有以上缺点，这限制了明胶在生物医用材料方面，尤其是作为在组织工程支架材料、软组织替代材料(如人工软骨)、等方面生物材料的应用。

为了克服这一缺点，有大量提高明胶水凝胶强度的方法报道，其中包括利用明胶或明胶改性物与合成高分子网络复合以提高其机械性质(M.A.Daniele,Biomaterials 35(2014)1845-1856)，明胶与生物高分子，如纤维素、壳聚糖、海藻酸钠等复合再通过物理相互作用或化学键交联以获得具有一定强度的水凝胶材料(A.J.Ragauskas,CarbohydratePolymers 91(2013)638–645；R.D.K.Misra,Acta Biomaterialia 36(2016)143–151；X.Cao,Carbohydrate Polymers 168(2017)147–152)，明胶与合成高分子复合再添加纳米颗粒增强(S.Faghihi,J.Appl.Phys.115,083513(2014))等。上述方法均可以提高明胶水凝胶的强度，并具有相应的生物医用材料的应用潜能，然而，这些方法存在过程复杂，强度不足(模量难以达到MPa)或脆性大的问题。这在一定程度上限制了其在生物医用材料，尤其是软组织替代材料方面的应用潜力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高强度高韧性明胶基水凝胶的制备方法，解决了现有明胶基水凝胶强度低、韧性低的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种高强度高韧性明胶基水凝胶的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，将明胶、功能性材料与水混合均匀，得到明胶水溶液；

步骤2，向经步骤1后得到的明胶水溶液中加入丙烯酸类单体和引发剂，在紫外光引发的条件下进行聚合反应，之后进行干燥，得到干燥的水凝胶；

步骤3，将经步骤2后得到的干燥的水凝胶浸入去离子水中进行溶胀，即可得到高强度高韧性明胶基水凝胶。

本发明的特点还在于，

步骤1中，功能性材料为壳聚糖、透明质酸或者抗菌性纳米银颗粒；明胶、功能性材料、水的质量比为1～2.5：0～0.3：7.5～9。

步骤2中，反应温度为1℃～15℃，反应时间为1h～24h；干燥温度为1℃～27℃，干燥时间为2h～24h。

步骤2中，明胶水溶液、丙烯酸类单体、引发剂的质量比为0.15～2：0.0003～0.01：1。

步骤2中，丙烯酸类单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、二甲基丙烯酸中任意一种、两种及两种以上的混合物。