[发明专利]一种具有优异回弹性的生物友好水凝胶制备方法

说明书

技术领域

本发明属水凝胶的制备方法，特别是涉及一种优异回弹性、良好生物相容性及机 械性能的水凝胶的制备方法。

背景技术

高分子凝胶是指三维网络结构的高分子化合物与溶剂组成的体系，其中的高分子 以范德华力，化学键力，物理缠绕力，氢键力等连接。由于它是一种三维网络立体结构，因此 它不能被溶剂溶解，同时分散在溶剂中并能保持一定的形状。溶剂虽然不能将三维网状结 构的高分子溶解，但高分子化合物中亲溶剂的基团部分却可以被溶剂作用而使高分子溶 胀，这也是形成高分子凝胶的原因。

生物医药用凝胶，以对人体组织的模拟与性能的控制为终极目标，对凝胶的生物 相容性、可降解性、力学性能、细胞或蛋白黏附性、药物缓释性、特殊选择性等提出了很高的 要求。近年来，多种不同合成及天然大分子被用于此领域的研究。合成材料如聚乳酸（PLA）， 聚氨酯（PU），聚乙二醇（PEG）等均已被作为组织工程材料运用。目前的生物医药用凝胶也存 在着明显的不足，最突出的为其力学性能较差，无法满足针对有较高强度要求的组织的模 拟需求。如何提高具有生物相容性凝胶的力学强度则是亟待解决的问题。在通常的高强度 凝胶制备制备中，三种方式最为典型，如双网络凝胶、拓扑结构凝胶和纳米复合凝胶，其中 纳米复合凝胶为加入不同纳米物质如粘土、蒙脱土等作为交联剂或增强剂，其方法简单，效 果显著，被认为是最理想的高强度凝胶的制备方式。

多面体低聚倍半硅氧烷(Polyhedraloligomericsilsesquioxane,POSS)是 一种新型的有机无机纳米颗粒,于1946年首次合成。1991年在美国空军研究实验室的支 持下,Lichtenhan等制备了一系列带官能基的POSS,并将其用于高分子的改性。POSS的 分子通式为(RSiO1.5)₈,式中的R是有机取代基,可以为H、烷基、芳基等惰性基团和乙 烯基、氨基等活性基团,同时分子具有无机骨架且分子尺寸在1~3nm之间。惰性基团可以增 大POSS与聚合物的相容性;活性基团通过化学改性可以与聚合物或者聚合物单体反应。 由于具有这些特性,所以POSS一问世便受到了极大的关注。并被用于聚合物的改性。而近 年来，POSS已被广泛应用于生物领域，并发现具有非常好的生物相容性。同时，POSS也被运 用于水凝胶中被用于提高凝胶的力学性能、解溶涨速率或将功能性引入水凝胶中。采用 POSS杂化水凝胶仍有很大的发展空间。以往研究中，POSS加入凝胶的研究均限于在POSS侧 链中引入反应性基团如双键、环氧基团等通过反应引入凝胶中，且由于绝大多数的POSS单 体均为油溶性，仅可通过有机相的反应引入凝胶中，且POSS在凝胶中分布不均匀，导致其聚 集从而影响了凝胶的性能，限制了其应用。

在本发明中，通过以冷冻聚合的PEG为基体凝胶，在其中引入和基体具有较佳相容 性和相互作用的POSS粒子，得到了POSS杂化凝胶。此凝胶具有较好的力学强度，尤其是拥有 优异的回弹性。因POSS本身具有的良好的生物相容性，此凝胶有潜力运用于生物工程和缓 释领域。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种水凝胶的制备方法，尤其是提供一种具有较好力学 性能、优异回弹性及生物相容性的水凝胶的制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种具有优异回弹性的生物友好水凝胶制备方法，其制备过程为：

（1）预聚液的配置：配置溶有一定浓度聚乙烯醇（PVA）、聚乙二醇(PEG)的水溶液，在其 中缓慢加入八氨盐基笼状倍半硅氧烷(Oa-POSS)，搅拌均匀后超声震荡20min，至溶液均匀 透明，后加入端羟基POSS化合物，高速搅拌10分钟后超声震荡20min至体系均匀，得到预聚 液A。

预聚液A中，PVA在水溶液中的质量浓度介于15%-30%之间，PEG在水溶液中的质量 浓度介于2%-5%之间，端羟基POSS化合物的用量为PVA质量的3-6%之间，八氨盐基笼状倍半 硅氧烷的用量介于PVA的2%-4%之间。

（2）将预聚液封闭如容器后放入-80度液氮中急冷30分钟，转移至-20度环境下冷 冻24小时，后移出至室温（20度）下12小时解冻，重复以上急冷-冷冻-解冻过程重复5次。

（3）将凝胶从容器中取出以去离子水和丙酮反复交替浸泡以除去凝胶内未结合的 单体，后以去离子水冲洗以完全清除凝胶内的丙酮得到最终凝胶。