[发明专利]一种基于羧甲基壳聚糖并具有自愈性能水凝胶的制备方法

说明书

本发明公开了一种基于羧甲基壳聚糖并具有自愈性能水凝胶的制备方法，包括以下步骤：步骤一、制备水溶性的氧化乙酰乙酸纤维素；步骤二、制备纤维素纳米纤维；步骤三、制备羧甲基壳聚糖基掺杂纳米纤维素复合多功能水凝胶：分别配制纤维素纳米纤维溶液和氧化乙酰乙酸纤维素溶液；将羧甲基壳聚糖溶解于纤维素纳米纤维溶液中，搅拌后加入氧化乙酰乙酸纤维素溶液，搅拌均匀后再加入草酰二肼溶液，倒入模具中后放入70℃烘箱反应16h‑24h凝胶，得到复合多功能水凝胶。本发明制备的复合多糖水凝胶具有出色的力学、可自愈、生物相容性、抗氧化与抗菌性能，具有工艺简单与原材料易获得等优点。

技术领域

本发明属于水凝胶领域，涉及一种水凝胶的制备方法，尤其涉及一种基于羧甲基壳聚糖并具有自愈性能水凝胶的制备方法。

背景技术

水凝胶由于其类似于生物组织的软性和湿性，这些材料作为生物材料受到了极大的关注。天然多糖具有良好的生物相容性、来源广、价格低廉等的优点，吸引了众多研究者的目光，可用于制备多糖水凝胶广泛地应用于生物医药领域，如载药运输工程、组织工程、辅料等应用。为了提供更好的稳定性和延长材料的使用寿命，具有自我修复能力的水凝胶由于受到损伤后自发修复的能力而备受关注，一般通过构建动态可逆的化学键来实现自愈功能本研究，如烯胺键，酰腙键，希夫碱键，二硫键和硼酸酯键等。

由纤维素形成的纳米颗粒，能够与聚合物之间实现高度的相互作用，从而有助于同时提高自修复和机械性能。因此纤维素纳米纤维由于其具有高长宽比和出色的生物相容性，经常用于增加聚合物的韧性和强度。随着科技的发展，愈演愈烈的环境问题让生物可降解材料的研究越发急切。而纤维素与壳聚糖都是自然界种丰富的天然多糖，但它们在水中的溶解性较差，是限制它们应用的主要原因之一。

发明内容

针对以上现有技术的缺陷，本发明提供一种基于羧甲基壳聚糖复合水凝胶材料的制备，具体是利用价格便宜、绿色环保的纤维素与羧甲基壳聚糖为原料，制备含有动态烯胺键与酰腙键的复合多糖水凝胶。具体的，为加快自愈速度与提高力学强度，通过氧化乙酰乙酸纤维素生成双醛基后，与含有胺基基团的羧甲基壳聚糖反应生成动态烯胺键，与草酰二肼的双胺基团反应生成酰腙键，并掺杂纤维素纳米纤维成功制备了具高强自修复多糖水凝胶，其中，纤维素纳米纤维表面的羟基羧基与水凝胶中的氨基、羟基等形成氢键，也有助于提高自修复性能。该水凝胶不仅在室温无外界刺激下具有自愈性能，并且还具有一定的抗菌性能与抗氧化性能，在组织工程、药物释放和辅料等生物医药领域具有潜在应用。

为实现上述目的，本发明提供一种基于羧甲基壳聚糖并具有自愈性能水凝胶的制备方法，具有这样的特征：包括以下步骤：

步骤一、制备水溶性的氧化乙酰乙酸纤维素：将纤维素与乙酰乙酸叔丁酯反应得到改性纤维素，然后通过高碘酸钠对改性纤维素进行氧化，得到氧化乙酰乙酸纤维素；

步骤二、制备纤维素纳米纤维：取TEMPO氧化剂和NaBr于去离子水中，搅拌均匀，加入纤维素粉，搅拌均匀；调节体系温度为20℃，加入NaClO；调节pH为10，反应4h；反应过程中保持温度为20℃，pH为10；反应结束后，离心洗涤至中性；冷冻干燥，研磨成粉得到纤维素纳米纤维；

其中，NaClO是主氧化剂，NaBr是辅助氧化剂，通过NaClO和NaBr将TEMPO氧化成亚硝鎓离子，亚硝鎓离子选择性氧化纤维素，从而获得直径为纳米级的纤维；

步骤三、制备羧甲基壳聚糖基掺杂纳米纤维素复合多功能水凝胶：分别配制纤维素纳米纤维溶液和氧化乙酰乙酸纤维素溶液；将羧甲基壳聚糖溶解于纤维素纳米纤维溶液中，搅拌后加入氧化乙酰乙酸纤维素溶液，搅拌均匀后再加入草酰二肼溶液，倒入模具中后放入70℃烘箱反应16h-24h凝胶，得到复合多功能水凝胶。