[发明专利]一种聚乙烯醇水凝胶及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及高分子水凝胶领域，具体涉及一种聚乙烯醇水凝胶及其制备方法。 

背景技术

聚乙烯醇类水凝胶（PVA hydrogel）是目前应用非常广泛，关注度非常高的一种高分子水凝胶。聚乙烯醇类水溶胶具备良好的生物相容性、弹性大、强度高，并且由于聚乙烯醇的良好水溶性，而使其具有较大的含水率，已广泛应用于生物医学材料领域，如聚乙烯醇水凝胶软骨修复等。 

目前，用于制备可应用于生物医学工程领域的聚乙烯醇水凝胶的方法主要有物理方法和化学方法两种。物理方法制备聚乙烯醇水凝胶采取反复冷冻解冻的方式，即将一定浓度的聚乙烯醇水溶液浇铸于模具中，于-10℃至-40℃冷冻成型。冷冻时间通常为一天左右，然后将试样在室温放置1至2小时融化。重复（一般为三到五次）上述冷冻，解冻过程，可以得到弹性好、具有一定机械强度、不透明的水凝胶。该方法的机制是使聚乙烯醇中形成氢键和微晶结构从而获得水凝胶。化学方法制备聚乙烯醇水凝胶一般通过添加化学交联剂，如硫酸钠、硫酸锌、硼酸以及多元有机酸和醛类化合物等，与聚乙烯醇主链上富含的-OH基团，进行不可逆的交联反应，形成网络结构的水凝胶。 

然而，使用物理方法获得的聚乙烯醇水凝胶，由于是通过氢键和微晶结构构成，其稳定性不强，甚至会在变化的环境中失去水凝胶性质；使用化学方法获得的聚乙烯醇水凝胶，由于其制备过程中引入了其他化学交联剂，这些化学试剂一般都会带来一些弊端，如细胞毒性，破坏聚乙烯醇水凝胶良好的生物相容性，不利于生物医学工程领域的应用。此外，现有用于制备聚乙烯醇水溶胶的过程都存在工艺冗长的缺点，成本较高、效率低，不利于聚乙烯醇水凝胶的产业化。 

因此，还需要一种简便的制备聚乙烯醇水凝胶的方法，以期获得稳定性好， 且兼具良好生物相容性的聚乙烯醇水凝胶。 

发明内容

本发明旨在至少克服现有技术中制备聚乙烯醇水凝胶的以上缺陷，提供一种新的制备聚乙烯醇水凝胶的方法以及由此获得的聚乙烯醇水凝胶。 

本发明的技术方案为一种聚乙烯醇水凝胶的制备方法，包括以下步骤：S1配制聚乙烯醇水溶液；S2在氧化剂存在下，使所述聚乙烯醇水溶液氧化反应，得到预聚体溶液；S3在酸性环境中，使所述预聚体溶液发生交联反应，得到所述聚乙烯醇水凝胶。 

一些实施例中，所述制备方法还包括：以蒸馏水洗涤提纯所述聚乙烯醇水凝胶的步骤。 

步骤S1中的聚乙烯醇水溶液的浓度可以为1-20wt%。步骤S2中的所述氧化剂可以选自高碘酸类氧化剂、高锰酸类氧化剂、氯酸类氧化剂，或它们的任意组合。例如，所述氧化剂选自高碘酸钠、高锰酸钾、氯酸钾，或它们的任意组合。所述氧化剂的用量可以为所述聚乙烯醇水溶液中聚乙烯醇摩尔量的0.1-1.5倍。步骤S2可以在40-80℃的温度进行1-5小时。 

步骤S3中所述酸性环境的pH可以为2-4。步骤S3可以在室温进行。 

本发明还提供一种根据以上制备方法得到的聚乙烯醇水凝胶。 

本发明通过采用本体自交联方法制备聚乙烯醇水凝胶，制备过程中未引入其他化学物质，保持了聚乙烯醇水凝胶的良好生物相容性；工艺简单，成本低廉；由于是以共价键方式构造，获得的聚乙烯醇水凝胶具有良好的稳定性；且可以通过调控工艺条件，调节水凝胶的硬度、粘弹性等理化性质。 

附图说明

图1为根据本发明制备聚乙烯醇水凝胶的原理示意图。 

图2为根据本发明用于制备聚乙烯醇水凝胶的方法流程图。 

具体实施方式

本发明提供了一种利用本体交联法，制备聚乙烯醇水凝胶的方法。即制备过程中不添加任何化学交联剂，而仅利用聚乙烯醇自身结构，获得以化学共价键交联构造的聚乙烯醇水凝胶。 

图1示出了本发明的基本原理。由于聚乙烯醇主链上重复的羟基单元中存在2%左右头头相连的结构。相比较羟基单元头尾相连的结构，这些羟基单元头头相连的结构更为活泼。使用合适的氧化剂进行氧化断链，可以将其氧化成具有活性醛基、羟基基团的预聚体链段。之后在交联催化剂（例如酸催化剂）的作用下，使预聚体链段中的醛基和羟基活性基团共价键合，得到聚乙烯醇水凝胶。 

这种方法利用聚乙烯醇自身结构优势制备聚乙烯醇水凝胶，以化学交联方式，通过共价键构建水凝胶材料，从而使得到的聚乙烯醇水凝胶具有良好的稳定性。制备过程中无需添加其他化学交联剂，因此不会损害聚乙烯醇水凝胶的生物相容性。工艺简单、操作性强、成本低廉，解决了聚乙烯醇水凝胶目前在制备上所面临的困难，为其在生物医学工程领域的应用奠下坚实的基础。