[发明专利]明胶基高强度水凝胶及其制备方法

说明书

本发明公开明胶基高强度水凝胶及其制备方法，利用甲基丙烯酸酐对明胶进行改性，获得甲基丙烯酰化的明胶；引发N‑丙烯酰基甘氨酰胺与甲基丙烯酰化的明胶共聚制备了明胶基高强度水凝胶。制得的水凝胶具有超强的压缩性能，其压缩强度高达11.369MPa，并具有良好的生物相容性和广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于生物医用材料领域,更加具体地说，具体涉及一种明胶基高强度水凝胶及其制备方法。

背景技术

水凝胶是一种高含水量的三维网状聚合物。水凝胶具有良好的生物相容性和其他优异性能,例如:环境响应性、抗菌性、自修复性、超吸水性等。这些特点使水凝胶在生物医药、传感器、自修复材料和保水抗旱等方面有着广泛的应用前景。明胶为胶原的降解产物,是一种天然多肽聚合物，明胶无毒，具有良好的生物相容性和生物降解性，明胶基水凝胶在生物医用材料方面存在很大的潜力，如外伤敷料、组织工程支架、人工关节软骨等。然而未加修饰的明胶基水凝胶的力学强度低，在需要具有较高力学强度的材料应用方面受到限制。可见，提高明胶基水凝胶的力学性能，对拓宽明胶基水凝胶的应用范围具有十分重要的意义。提高明胶基水凝胶力学性能的方法归纳起来，大致有三类：(1)交联；(2)明胶与其他高分子材料共混，典型的是两者形成互穿网络结构(IPN)、半互穿网络结构(semi-IPN)、双网络结构(DN)；(3)无机纳米粒子填充明胶基水凝胶。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供明胶基高强度水凝胶及其制备方法，首先利用甲基丙烯酸酐对明胶进行改性，获得甲基丙烯酰化的明胶(GelMA)，接着将GelMA、NAGA(N-丙烯酰基甘氨酰胺)、引发剂和去离子水混合，待单体充分溶解后置于紫外交联仪中进行光聚合得到具有超强的压缩强度的水凝胶材料。

本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现：

明胶基高强度水凝胶及其制备方法，以甲基丙烯酰化的明胶和丙烯酰基甘氨酰胺进行自由基共聚，将甲基丙烯酰化的明胶和丙烯酰基甘氨酰胺溶解于去离子水中，得到混合溶液，固含量为10—30％(两种单体甲基丙烯酰化的明胶和丙烯酰基甘氨酰胺质量之和与去离子水质量之比)，甲基丙烯酰化的明胶和丙烯酰基甘氨酰胺的质量比为1：(1—3)，优选1：(2—3)；向混合液中加入引发剂引发甲基丙烯酰化的明胶和丙烯酰基甘氨酰胺的碳碳双键，以实现两种单体的自由基共聚。

引发剂为光引发剂，例如光引发剂IRGACURE 1173，引发剂的用量是两种单体质量之和的2％-3％。

将混合液注入密闭的模具中，模具在紫外固化箱中照射选择光引发剂,在紫外光照射的条件下引发自由基聚合,照射时间30min-lh，以保证充分引发自由基聚合，优选40—60min。随后打开模具取出凝胶。将制备的水凝胶材料在磷酸盐缓冲溶液(PBS)(pH＝7.4)中浸泡几天，达到溶胀平衡,每隔12h更换上述去离子水，即得到明胶基高强度水凝胶。

紫外光辐照的参数为:中心波长为365nm。

相比于现有技术,本发明具有以下优点:1、制备了一种无毒的明胶基水凝胶,解决了现有技术中水凝胶基体的生物毒性问题。2、可通过改变GelMA与NAGA的比例来调控水凝胶的力学性能,拓宽了应用范围,具有广阔的应用前景。制备的水凝胶的含水量平均可达70—90％，压缩强度最高可达12MPa、压缩断裂应变平均为50—95％、拉伸强度最高可达1MPa、拉伸断裂伸长率平均可达100—400％。

附图说明

图1为本发明实施例合成的丙烯酰基甘氨酰胺的红外光谱谱图。

图2为本发明的明胶(Gelain)和甲基丙烯酰化明胶(GelMA)的核磁共振氢谱谱图。

图3为本发明制备的明胶基高强度水凝胶压缩应力-应变图。

图4为固含量为20％，不同GelMA和NAGA比例的压缩应力-应变图。