[发明专利]一种仿眼角膜的高强度电响应润滑水凝胶及其制备方法

说明书

一种仿眼角膜的高强度电响应润滑水凝胶及其制备方法，属于电响应润滑水凝胶制备技术领域。本发明是在高强度的水凝胶引入电响应的超分子体系，高强度水凝胶因其具有良好力学强度和材料本身的多孔结构，在给予材料力学支撑的同时，使得液体及离子可以在三维网络中自由移动；电响应超分子网络在施加外电场的过程中会发生凝胶‑溶胶转变，解组装后以溶胶的形态在表面形成液层，大幅度减小材料表面的摩擦系数；同时解组装后的材料表面由于液层的出现透过率发生改变。本专利提出的电响应仿眼角膜智能水凝胶，有望应用于人工角膜替代物；本发明采用一锅法水浴加热即可在短时间内形成水凝胶，在大规模工业生产和生物医学模拟领域均有一定的应用潜力。

技术领域

本发明属于电响应润滑水凝胶制备技术领域，具体涉及一种仿眼角膜的高强度电响应润滑水凝胶及其制备方法。

背景技术

角膜作为眼睛的重要组成部分，具有良好的机械性能和润滑性；在眼睛干涩时泪腺能分泌泪水润滑角膜，同时其又具有良好的透明性。因此集成众多功能的人工仿角膜材料受到研究人员的广泛关注。水凝胶由于其含有丰富的水分，高的透明度以及各种可调控的性能，被认为是仿角膜的优选材料。特别是高强度双网络水凝胶因其具有良好力学强度和材料本身的多孔结构，在给予材料力学支撑的同时，使得液体及离子可以在三维网络中自由移动，因此如何设计制备在保持水凝胶材料良好力学性能的同时，又能实现透过和润滑性能的控制就变成仿角膜材料面临巨大的挑战。电响应超分子水凝胶在施加外电场的过程中会发生凝胶-溶胶转变，解组装后形成溶胶为材料表面润滑性能和光透过性能的调控就提供了可能。因此将电响应超分子体系与高强度聚合物体系有机结合，使其在电场作用下在水凝胶表面发生部分凝胶溶胶转换从而形成润滑液层，大幅度减小材料表面的摩擦系数和材料透明度从而实现对人眼功能的模拟。

发明内容

本发明的目的是提供一种仿眼角膜的高强度电响应润滑水凝胶及其制备方法。该方法是在传统高强度水凝胶中引入电响应超分子网络；聚合物共价键网络提供刚性的骨架以达到足够的力学支撑作用，同时其具有三维多孔结构，使得液体及离子可以在三维网络中自由移动；超分子非共价网络在电场作用下发生凝胶-溶胶相态变化，使得材料在宏观上发生部分的固-液转换，在水凝胶表面形成液层，从而实现表面润滑性的调控，降低摩擦系数；同时液层的存在改变材料的透明性，达到模拟角膜对光透过控制的目的。本专利提出的电响应仿眼角膜智能水凝胶，有望应用于人工角膜替代物；同时，该方法操作简单，采用一锅法水浴加热即可在短时间内形成水凝胶，在大规模工业生产和生物医学模拟领域均有一定的应用潜力。

本发明所述的一种仿眼角膜的高强度电响应润滑水凝胶的制备方法，其步骤如下：

(1)称取5～20g单体1加入到高纯水中，在75～95℃下搅拌12～48h使固体粉末完全溶解；溶解后将溶液冷却至室温，得到单体1浓度为0.02～2g/mL澄清透明溶液；向上述溶液中加入单体2，使其终浓度为0.01～3g/mL；然后加入交联剂4，交联剂的终浓度为0.05～20mg/mL，搅拌5～20min使其混合均匀；

(2)称取0.3～30g无水碳酸钠，加入到0.1～10L高纯水中并煮沸；向煮沸的碳酸钠溶液中加入1～100g蚕丝或蛛丝脱胶20～40min，脱胶后的蚕丝或蛛丝用去离子水洗涤干净；重复脱胶过程1～3次；脱胶后的蚕丝或蛛丝在20～100℃度干燥3～12h，将干燥后的蚕丝或蛛丝按1g丝：4～10mL溶液的比例溶解在浓度9～10mol/L的溴化锂溶液或者摩尔比1：2：8的氯化钙-乙醇-水三元溶液中，溶解温度60～90℃，溶解时间1～12h；将溶解后的蚕丝或蛛丝溶液在截留分子量3500～14000的渗析袋中4℃下透析2～3d，得到浓度1～9wt.％的蚕丝或蛛丝溶液；