[发明专利]一种超高强度矿化水凝胶及其合成方法

说明书

本发明涉及一种超高强度的矿化水凝胶，该水凝胶具有超高的抗压性能以及良好的生物相容性。同时本发明还提出以正负电荷之间的相互作用和在水凝胶内部诱导形成无机矿层的方式来提升水凝胶力学性能的合成方法，即采用阳离子型的共聚物作为水凝胶的交联剂，阴离子型的磷酸酯单体作为构建水凝胶的主体，通过外加钙源及原位聚合成胶的方式制备高性能矿化水凝胶。该方法不仅易于调控水凝胶的配比，且所制备的水凝胶矿化程度均匀，矿化后的水凝胶在抗压性能和热稳定性等方面都有了显著的提升。且该水凝胶由于其优良的生物相容性可以作为成骨细胞培育的模板，在生物组织的培养等领域有着潜在的应用价值。

技术领域

本发明涉及高分子材料领域，具体为制备超高强度矿化水凝胶及其合成方法。

背景技术

水凝胶是指由亲水性高分子经物理、化学交联后形成的三维网状高分子聚合物。由于水凝胶自身的亲水性、良好的渗透性和优异的生物相容性，近年来在生物组织培养和药物控释等领域受到广泛的关注。传统制备水凝胶的方法是利用小分子交联剂构建三维网络，这样制备的凝胶力学性能较差，受到外力作用易发生破碎，制约着水凝胶在工业上的应用。在水凝胶的实际应用中，除了优异的机械性能外，还需要有潜在的应用价值，例如良好的生物相容性、刺激响应性、形状记忆性、自修复性等，因此制备智能化的高性能水凝胶依然是难以解决的问题。

酰基化反应是指反应物上的伯胺或仲胺与酰氯等酰基化试剂发生反应，氨基上的氢原子可被酰基取代，生成N-取代酰胺或N,N’-二取代酰胺的过程。这个过程可在反应物上引入不饱和的碳碳双键，作为合成高分子聚合物的单体。

无规共聚反应是指由几种含有不饱和双键的单体发生聚合，各单体单元无规则排列生成聚合物的过程。

发明内容

本发明的目的是利用酰胺化反应和无规共聚反应制备阳离子型共聚物，并将此阳离子型聚合物作为大分子交联剂用于水凝胶的合成。

本发明的具体技术方案是：

一种超高强度矿化水凝胶水凝胶，该水凝胶内部结构比较致密，孔道较少，一般最大压缩率在10％左右。

进一步的，所述水凝胶经矿化过程后其内部能形成球形的无机矿层。

进一步的，所述水凝胶经矿化过程后能承受的最大压强在5MPa以上。

进一步的，所述水凝胶经矿化之后热分解温度会有所提升。

进一步的，所述水凝胶的生物相容性优良，可用于成骨细胞培育的模板。

本发明还提出了一种超高强度的水凝胶的合成方法：使得阳离子型聚合物占整个体系的10wt％，将其溶于20wt％、30wt％、40wt％、50wt％的水中。待其溶解完毕后分别加入70wt％、60wt％、50wt％、40wt％的磷酸氢二(甲基丙烯酰氧乙基)酯(BMAP)，光引发剂0.02-0.1g，混合于玻璃模具，并超声30min后，放置于紫外灯下照射20-60min后得到水凝胶。

进一步的，在阳离子溶解完成后的体系加入与BMAP物质的量相同的氯化钙固体，待其溶解完成后重复本发明的合成方法即可得到高强度的矿化水凝胶。

进一步的，所述阳离子型聚合物是按如下方法合成的，