[发明专利]一种离子配位交联天然高分子自修复水凝胶的制备方法

说明书

本发明公开了一种具有自修复功能水凝胶的制备方法，其制备方法为：将魔芋葡甘聚糖精粉置于水中进行搅拌溶解配置得溶液A，将硼酸盐或锆盐置于水中搅拌溶解配置成溶液B，将溶液A和溶液B混合均匀后倒入模具中，放置2‑12h可得到具有自修复功能的水凝胶。该水凝胶具有快速的自修复特性，修复面可在5‑100分钟内基本达到原水凝胶拉伸强度。该水凝胶可应用于生物医药和组织工程。

(一)技术领域

本发明涉及离子配位交联天然高分子自修复水凝胶的制备方法，属于功能性天然高分子材料领域。

(二)背景技术

水凝胶是一种具有亲水基团，经过适度交联而具有三维网络结构的聚合物，它不溶于水，但可以显著地溶胀于水中，并且可以吸收大量的水，具有一定的保水能力。由于水凝胶具有橡胶般的弹性和良好的生物相容性而广泛的应用于生物医学敷料、组织工程、美容面膜、农业水土保湿剂和载物释放等方面。

自修复水凝胶的概念是由美国加州大学圣迭戈分校的生物工程学家提出的，它指的是在受创后能够自动愈合修复的水凝胶。自修复水凝胶按照机理主要分为物理型动态自修复水凝胶和化学型动态自修复水凝胶。物理型动态自修复水凝胶是由非共价键交联而成，非共价键主要包括疏水作用、氢键作用、主客体络合作用、结晶作用、静电作用和π-π堆叠等，这些物理作用均具有可逆性，是赋予材料优异的自修复愈合性能的重要手段。而化学型动态自修复水凝胶是由共价键交联形成，主要包括酰腙键、亚胺键、DA(Diels-Alder)反应等，对于由共价交联形成的凝胶材料，自动愈合修复愈合能力通常需要外部提供刺激因子，如化学物质、光、热等能量才能够实现。

目前，已有一些专利涉及自修复水凝胶材料。例如中国发明专利CN105860104A公开了一种温敏性自修复水凝胶，该水凝胶是由(N-异丙基丙烯酰胺)-丙烯酰肼共聚物与多羰基化合物在水溶液中在催化剂的作用下反应而成，该凝胶需在弱酸类或苯胺类催化剂的作用下反应，并且需要改变温度的条件下修复裂纹，即需要外界条件的刺激才能实现修复。魔芋葡甘聚糖(Konjac glucomannan，简称KGM)是继淀粉和纤维素之后，一种较为丰富的可再生天然高分子资源，具有可生物降解性，它是主链由D-甘露糖和D-葡萄糖以及β-1,4吡喃糖甘链连结的杂多糖。魔芋葡甘聚糖具有优良的束水性、胶凝性、增稠性、粘结性等多种特性，因此在食品、医药、化工、纺织、印染、造纸、石油、地质等各个生产领域有着广泛的用途。本发明以魔芋葡甘聚糖为主要材料，通过B³⁺或Zr⁴⁺的离子配位交联形成了物理型动态的氢键作用完成水凝胶的自修复愈合，无需外界刺激在较短的时间内即可基本恢复到原始水凝胶的性能。

(三)发明内容

本发明的目的在于制备一种无需外界刺激和特定的环境要求即可在较短的时间内完成自修复愈合的以天然高分子材料为主要材料的水凝胶，且修复后基本能恢复到原始水凝胶的性能。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种离子配位天然高分子自修复水凝胶的制备方法，其特征在于，所述的制备方法按照如下步骤进行：

将魔芋葡甘聚糖精粉置于水中进行搅拌溶解配置成溶液A，将硼酸盐或锆盐置于水中搅拌溶解配置成溶液B，将溶液A和溶液B混合均匀后倒入模具中，放置2-12h可得到具有自修复功能的水凝胶；所述的溶液A的浓度为3-20wt％；所述的溶液B的浓度为1-30wt％；所述的溶液A和溶液B的质量比为100:1-10。

进一步，所述的魔芋葡甘聚糖分子量在10000-2000000之间。

进一步，所述的硼酸盐为四硼酸钠或四硼酸钾。

进一步，所述的锆盐为氯氧化锆或氯化锆。

再进一步，所述的溶液A和溶液B混合反应温度为10-50℃。

进一步，所述的溶液A的优选浓度为8～15wt％。