[发明专利]一种壳聚糖基双网络水凝胶及其制备方法

说明书

技术领域

本发明提供了一种高强度壳聚糖基双网络水凝胶，属于水凝胶技术领域，本发明还提供了上述水凝胶的制备方法。

背景技术

高分子水凝胶是一类含有丰富亲水基团的在水溶液中能够吸水溶胀而不溶解于水的适度交联高分子网络体系。作为高吸水高保水材料，高分子水凝胶被广泛应用在生理护理、农林园艺、日用化工、建筑工程及环境保护等领域。另外，处于溶胀平衡的高分子水凝胶也具备一定的机械强度，这种材料类似于生物体中的软骨组织，柔韧而富有弹性，因此，它被认为是一种相当合适的人类软骨组织替代材料，在生物组织工程中富有很好的应用前景。

壳聚糖，作为一种天然大分子多糖，具有来源广泛、无毒、无味、良好的生物相容性和生物降解性等特征，并且其降解产物无毒，是理想的高分子材料。在壳聚糖分子结构中存在大量游离氨基，是天然多糖中少见的带正电荷的高分子化合物。由于分子链上含有大量的-OH和-NH₂等亲水活性基团，壳聚糖可以通过接枝共聚反应合成高分子水凝胶，并表现出一些新颖的特性，具有良好的应用潜力。

目前的高分子水凝胶的应用领域十分有限，主要是基于它的吸水、保水特性。其中一个十分重要的原因是高分子水凝胶含水量较大，导致了水凝胶较低的机械强度，从而限制了其在药物控制释放系统、传感器、生物细胞支架及生物组织工程等领域的广泛应用。

2003年，Gong等(Adv.Mater，2003，15，1155.)首次制备出了双网络水凝胶，通过两步聚合法使这种水凝胶具有两个独立的网络结构。由于其优越的机械性能，双网络水凝胶在学术界和工业界引起了极大的重视。双网络水凝胶的合成分为两步法：首先由硬而脆的聚电解质合成高密度交联的刚性的网络凝胶支架，第二步是在第一网络的基础上由软而韧的中性聚合物合成松散的低交联的柔性网络结构。而双网络水凝胶力学性能得到提高是因为松散交联的第二网络通过自身结构的变形和滑动的分子链的物理缠结点可以使局部应力得到有效松弛。双网络水凝胶不仅具有高强度的机械强度，还保留了高分子水凝胶的吸水、保水性以及离子吸附性，从而扩大了其在生物医药、建筑业、化工业、矿业等领域的应用。

发明内容

本发明提供给了一种壳聚糖基双网络水凝胶，该水凝胶具有较高的压缩强度和拉伸强度。并且由于壳聚糖的引入，提高了该水凝胶的生物相容性，从而提高了该双网络水凝胶在生物医药、建筑业、化工业、矿业等领域的应用。

实现本发明上述目的所采用的技术方案为：

一种壳聚糖基双网络水凝胶，该水凝胶为双网络结构，其中第一网络为壳聚糖接枝水凝胶，所述壳聚糖接枝水凝胶由壳聚糖溶液、引发剂、第一单体以及交联剂进行接枝反应而成，第二网络穿插在第一网络内部，第二网络为由第二单体、交联剂和光引发剂在紫外光照射下聚合而成的水凝胶。

本发明还提供了制备上述该方法壳聚糖基双网络水凝胶的制备方法，该方法工艺简单，易于产业化。该制备方法包括以下步骤：(1)、将壳聚糖溶解在乙酸溶液中，充分搅拌后制得壳聚糖乙酸溶液，在壳聚糖乙酸溶液中加入引发剂，所述的壳聚糖与引发剂的质量比为：1:0.1～0.5，待反应5～20min后，加入第一单体以及交联剂，在30～80℃下进行接枝反应2～8h，得到第一网络；所述的壳聚糖、第一单体和交联剂的质量比为：0.1～0.33:1:0.01～0.1；

(2)、将第二单体、交联剂和光引发剂按照10000:1～20:1～20的摩尔比溶于水中并充分搅拌，制得第二网络溶液；所述的第二单体的摩尔量是第一单体的5～30倍；

(3)、将第一网络放入第二网络溶液中，待第一网络溶胀20～60h后，取出溶胀后的第一网络并洗净、吸干表面水分，采用功率为100～3000W的紫外灯照射，照射时间为1～300s，在紫外光和光引发剂的作用下，第二网络聚合成型并穿插在第一网络的内部，从而制得壳聚糖基双网络水凝胶。

所述的第一单体为丙烯酸或2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸。

所述的第二单体为丙烯酰胺或N-异丙基丙烯酰胺。

所述的引发剂为过硫酸胺、过硫酸钾中的一种或两种。

所述的光引发剂为α-酮戊二酸。

所述的交联剂为N，N'-亚甲基双丙烯酰胺或戊二醛。

与现有技术相比，本发明提供的壳聚糖基双网络水凝胶及制备方法的有益效果是：

(1)将壳聚糖溶解于乙酸溶液中，得到了分散均匀的壳聚糖乙酸溶液，并利用过硫酸盐做引发剂，通过原位溶液聚合法制备出均一的第一网络水凝胶。