[发明专利]一种可注射高强度水凝胶的制备方法

说明书

一种可注射高强度水凝胶的制备方法，所述方法通过丙烯酰胺、双丙酮丙烯酰胺、二酰肼化合物、聚乙烯吡咯烷酮、引发剂和水按一定比例混合均匀后成混合溶液，通入氮气，在一定反应温度下聚合而形成可注射高强度水凝胶。所制备的凝胶的拉伸强度可达34~370KPa，压缩强度可达1.2~73Mpa。凝胶在调节pH的条件下，可以实现溶胶‑凝胶可逆转变，能够实现可注射的目标。这种可注射高强度水凝胶在生物医学等领域具有巨大的潜在应用价值。

技术领域

本发明涉及一种可注射高强度水凝胶的制备方法，属智能材料技术领域。

背景技术

聚合物水凝胶是交联形成的聚合物三维网状、含水量高达50%－90%的软物质。当构建凝胶的聚合物中引入刺激响应基元，则获得的凝胶能够感知环境（如温度、pH、特定分子、光、电等）的微小变化而发生可逆性体积相变、溶胶（sol）—凝胶（gel）相转变、或者其他物理化学性质的变化，这类凝胶又称为智能水凝胶。智能水凝胶的智能特性使其在传感器、人工肌肉、软体机器人、组织工程、药物控释等领域具有潜在的应用价值。

智能水凝胶三维网状结构通常由共价键或非共价键物理相互作用交联而形成。由共价键构建的智能水凝胶，其聚合物三维结构可以视为单个的分子，具有较好的稳定性和机械性能。但是共价键交联形成的智能水凝胶，一旦结构遭受破坏则难以恢复；此外，其通常表现为块状结构，难以发生剪切变稀现象，这给其在某些应用领域的传送过程造成不便利，例如在投放至生物体内，不能采用类似于注射器这类微创的方法引入，给其临床应用带来了不便。对于采用物理相互作用形成的智能水凝胶，由于物理作用力和共价键相比，键能要低得多，在热力学上具有可逆性，能够进行自修复，并且能够发生sol-gel转变。这使其相对更容易实现便利的传送，因为sol状复合物具有流动性，能够采用微创的方式投送。但是在机械强度上，大多数物理相互作用智能水凝胶强度较低，热稳定性和溶剂稳定性差。目前，采用动态共价键应用于智能水凝胶的构建中，实现凝胶在强度、稳定性上和自愈合、sol-gel转变特性上的结合。但是，目前动态共价键构建的凝胶在强度和和注射性上还较难同时实现。

因此，为了得到既具有可注射性又具有高强度的水凝胶，需要制备一种动利用态共价键交联的高强度，并能够发生可逆sol-gel相变的水凝胶。

发明内容

本发明的目的是，针对现有的可注射高强度水凝胶研究存在的缺陷和问题，提出一种可注射高强度水凝胶的制备方法。

实现本发明的技术方案是，一种可注射高强度水凝胶，由丙烯酰胺、双丙酮丙烯酰胺、二酰肼化合物、聚乙烯吡咯烷酮、引发剂和水在一定比例下混合成混合溶液，通入氮气，在一定反应温度下聚合，形成可注射高强度水凝胶。

所述丙烯酰胺的量为质量百分数21%至32%。

所述双丙酮丙烯酰胺为质量百分数0.25%至1.4%。

所述二酰肼化合物为己二酸二酰肼，乙二酸二酰肼和丁二酸二酰肼其中一种，其用量为质量百分数0.13%至0.59%。

所述聚乙烯吡咯烷酮的分子量为重均分子量1万至130万，其用量为质量百分数1.1%至2%。

所述引发剂为水溶性引发剂过硫酸钾、过硫酸铵、偶氮二异丁脒盐酸盐和偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐其中一种，其用量为质量百分数0.1%至0.2%。

所述反应温度为40℃至70℃。

所述可注射高强度水凝胶调节凝胶的pH为8至1，能够实现溶胶（sol）-凝胶（gel）的可逆转变。在溶胶（sol）转变为凝胶（gel）的过程可通过注射的方法再次获得高强度水凝胶。

在反应器中，按照一定的比例加入丙烯酰胺、双丙酮丙烯酰胺、二酰肼化合物、聚乙烯吡咯烷酮、引发剂和水，搅拌均匀之后并通高纯氮气0.5小时，然后升高温度使反应温度控制在40~70℃反应4~8小时即获得可注射高强度水凝胶。