[发明专利]一种取向型微纤维水凝胶及其制备方法

说明书

本发明提供了一种取向型微纤维水凝胶的制备方法，包括以下步骤：将式(I)结构的聚乙烯醇、溶剂与活化剂混合反应，得到活化后的聚乙烯醇；将所述活化后的聚乙烯醇与正辛胺反应，得到聚乙烯醇接枝聚合物；将聚乙烯醇接枝聚合物采用溶剂溶解、抽真空、水交换，得到水凝胶样品；将水凝胶样品置于溶剂中溶胀、拉伸、硬化、可控释放后得到多聚物；将所述多聚物与交联溶液进行交联，得到取向型微纤维的水凝胶。本发明式(I)结构的聚乙烯醇三级胺的端基为疏水的烷烃链。通过预拉伸取向化凝胶内部的网络，而后在撤去外力时，控制回缩的长度，在预设的回缩长度时，以共价交联固定，实现可控的褶皱构象；实现了使一种具有褶皱结构的取向型微纤维水凝胶。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，尤其是涉及一种取向型微纤维水凝胶及其制备方法。

背景技术

生物软组织兼具综合的力学性能，许多称重软组织(如肌肉)是由各种具有特定功能的细胞、弹性纤维、胶原纤维、平滑肌和基质构成的具有一定空间构形的复合体。软组织的力学性质主要取决于其各组分的力学性质，绝大多数具有粘弹性，这种粘弹性主要来源于胶原纤维和平滑肌。抗撕裂、低力学迟滞、高弹性，低模量与高强度。目前，人工合成材料罕有能制备与肌肉的力学性能相匹配的材料。麻省理工学院的Zhao xuanhe教授最近报道了一类高度取向的聚乙烯醇材料(www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1903019116)。但是，他们的策略依赖于反复拉升，过程耗时耗能，不适合实际生产，而且，他们的材料强调链段取向性，导致拉伸性能有限。

目前主要有两种通过仿生机制实现富水材料，具有类肌肉力学性能，一个是从分子尺度上，模拟肌动蛋白，实现了遵循时间演化的连续马尔可夫随机过程；但是这些依赖于复杂的有机合成过程，不适合大规模生产；另一种是从更高尺度上，模拟肌肉的纤维取向，实现良好的柔性以及优异的力学性能，然后将其发展成为一类新型的人工肌肉；但是，由于取向链段具有较低的拉伸空间，其拉伸率有限，且模量一般较大，与肌肉的弱软性质不匹配，致使该材料还不能很好地取代人体的肌肉组织。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种取向型微纤维水凝胶的制备方法，本发明提供的水凝胶具有良好的拉伸性能和生物相容性。

本发明提供了一种取向型微纤维水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

A)将式(I)结构的聚乙烯醇、溶剂与活化剂混合反应，得到活化后的聚乙烯醇；

B)将所述活化后的聚乙烯醇与正辛胺反应，得到聚乙烯醇接枝聚合物；

C)将聚乙烯醇接枝聚合物采用溶剂溶解、抽真空、水交换，得到水凝胶样品；

D)将水凝胶样品置于溶剂中溶胀、拉伸、硬化、可控释放后得到多聚物；

E)将所述多聚物与交联溶液进行交联，得到取向型微纤维的水凝胶；

其中，m、n独立的选自50～350。

优选的，步骤A)所述活化剂为羰二咪唑，所述溶剂为二甲基亚砜；所述聚乙烯醇与活化剂的摩尔比为1：0.001～1：0.5；所述反应的温度为20～30℃；所述反应时间为3～4h。

优选的，步骤B)所述活化后的聚乙烯醇与正辛胺的摩尔比为0.6；所述反应温度为20～30℃；反应时间为48小时。

优选的，步骤D)所述拉伸的倍率为9～10倍；所述可控释放具体为控制回缩至原长度的4～8倍。

优选的，步骤D)所述溶剂包括N,N-2-甲基甲酰胺和去离子水；所述N,N-2-甲基甲酰胺和去离子水的质量比为1:1。

优选的，步骤D)所述硬化具体为浸泡于水中硬化，所述浸泡的时间为6～24h。