[发明专利]一种自粘附性聚丙烯酰胺复合水凝胶及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及水凝胶技术领域，尤其涉及一种自粘附性聚丙烯酰胺复合水凝胶及其制备方法与应用。本发明公开了一种自粘附性聚丙烯酰胺复合水凝胶，包括：聚丙烯酰胺水凝胶和分散在所述聚丙烯酰胺水凝胶中的负载植物多酚的层状纳米无机化合物，其中，选用生物相容性好、比表面积大的层状纳米无机化合物作为载体，负载绿色可再生、价廉易得的植物多酚，将大量酚羟基功能团引入聚丙烯酰胺水凝胶中，赋予其良好的组织粘附性，层状纳米无机化合物又可以对聚丙烯酰胺网络起到增强作用。该水凝胶对多种基材和人体皮肤表现出极好的可重复粘附性，而且具有良好的柔韧性，可伴随人体关节运动伸展回缩，不发生脱落。

技术领域

本发明涉及水凝胶技术领域，尤其涉及一种自粘附性聚丙烯酰胺复合水凝胶及其制备方法与应用。

背景技术

水凝胶是一类由亲水性高分子或聚合物通过共价键、氢键、范德华力等作用交联形成的三维网络结构材料，具有性质柔软，含水量高，生物相容性好，易成型，形状大小可控等优点，在三维组织工程基质、药物载体、生物复合材料以及可穿戴设备等领域具有广泛的应用前景。传统的聚合物水凝胶大都缺乏组织粘附性，在可穿戴生物电子设备与人工皮肤领域，自粘附水凝胶的开发更具实用价值。

近年来自粘附水凝胶的制备多是受贻贝启发，通过在水凝胶体系中引入多巴胺来实现的。海洋贻贝类生物的足丝分泌蛋白几乎能够在所有基底材料上实现高强度、高韧性的粘附，且不受水或者潮湿环境影响，研究表明贻贝分泌的粘附蛋白中高含量的左旋多巴(DOPA)和赖氨酸是其强大的附着力的来源。聚多巴胺(PDA)分子结构类似于贻贝粘附蛋白的结构，基于酚羟基化学反应，聚多巴胺能够根据不同基底的表面性质，与基底发生共价和/或非共价相互作用，从而粘附在基底表面。因此，有研究者尝试利用多巴胺来改性生物相容性材料包括海藻酸钠、明胶、壳聚糖、透明质酸、聚乙烯亚胺、聚乙二醇等来制备自粘附水凝胶；也有研究者采用多巴胺改性碳纳米管、石墨烯、纳米碳纤维等碳材料或者粘土、水滑石等矿物填料，再与聚丙烯酸、聚丙烯酰胺等复合来制备自粘附性水凝胶。

目前的仿贻贝水凝胶与其它基底进行粘附的作用机理主要有以下三种：一种是通过聚多巴胺酚羟基与金属离子形成非共价键相互作用，如与Fe³⁺、Ca²⁺、Mg²⁺等金属离子进行螯合，在基底表面形成一层粘附层；二是通过对多巴胺进行原位氧化或交联，如用高碘酸钠或是酪氨酸酶等氧化多巴胺酚羟基发生醌基交联，与基底之间形成共价键作用；三是多巴胺与基底表面的氨基、巯基等发生迈克尔加成反应或者席夫碱反应，形成共价键。这些氧化或交联一般发生在原位，水凝胶的粘性由固化时间决定，固化后水凝胶的粘性将不再，因此目前的仿贻贝水凝胶的粘性通常是一次性的，无法多次重复使用，另外，多巴胺价格昂贵、来源稀缺，不适合工业大规模生产；而且聚多巴胺颜色呈黑色，影响水凝胶制品外观。

发明内容

本发明提供了一种自粘附性聚丙烯酰胺复合水凝胶及其制备方法与应用，解决了现有的仿贻贝水凝胶制备原料多巴胺价格昂贵、来源稀缺；聚多巴胺颜色呈黑色，影响水凝胶制品外观；水凝胶粘性通常是一次性的，无法多次重复使用等问题。

其具体技术方案如下：

本发明提供了一种自粘附性聚丙烯酰胺复合水凝胶，包括：聚丙烯酰胺水凝胶和分散在所述聚丙烯酰胺水凝胶中的负载植物多酚的层状纳米无机化合物。

本发明中，植物多酚是一类广泛存在于植物体内的天然多酚类物质，主要存在于植物的皮、根、叶、果中，在自然界储量非常丰富，其特点为结构中具有数量较多的酚羟基，以连苯三酚、邻苯二酚结构的邻位酚羟基为主。植物多酚中大量的酚羟基可通过氢键、离子键、疏水缔合作用等多种化学键以及分子间作用，发挥络合和交联作用，同样可以赋予水凝胶材料对多种基材表面良好的粘附性。

本发明中，所述植物多酚选自单宁、原花青素、儿茶素、栎精、没食子酸、鞣花酸、熊果苷或姜黄素。

单宁结构式如式(Ⅰ)所示，