[发明专利]一种羧乙基壳聚糖/聚乙烯醇自愈合水凝胶及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种羧乙基壳聚糖/聚乙烯醇自愈合水凝胶及其制备方法和应用，主要解决现有壳聚糖基水凝胶质地较脆易破碎、所使用的交联剂生物安全性不够好等问题。该水凝胶以羧乙基壳聚糖为基质，与聚乙烯醇共混后采用氧化海藻酸钠‑硼酸复合交联体系进行交联，由此构建了一种新型多重交联网络结构，其不仅具有优异的自愈合性能、溶胀性能、平衡含水量、pH响应性和力学性能，而且降解性、平衡含水量、凝胶时间和溶胀性等参数均可以灵活调控，能够满足不同应用场景和用途需求。

技术领域

本发明涉及生物医用材料技术领域，具体涉及一种羧乙基壳聚糖/聚乙烯醇自愈合水凝胶及其制备方法和应用。

背景技术

水凝胶在医疗、组织工程和农业等领域应用广泛。常见的水凝胶材料在使用过程中通常伴随着断裂或破损，这会严重影响其性能，并大大缩短了材料的使用寿命。自愈合水凝胶是指在被破坏(断裂或破损)后能自我修复，且自我修复后性能可以完全恢复或恢复到接近破坏前状态的一类水凝胶。自愈合水凝胶一方面可以延长材料的使用寿命，另一方面由于水凝胶中含有大量的水，与生物组织相近，其破碎成小碎片后依然可以自愈的特性，使其可以应用于微创或注射植入等医用领域。

壳聚糖作为一种含氮的天然多糖类物质，具有独特的生物相容性、无毒和易于降解等优点。为了赋予壳聚糖更多功能特性，可对其进行衍生化改性。壳聚糖衍生物不仅保留了原有优点，还增强了其自身的某些性质(如保湿性、抗菌性、吸水性等)。因此，壳聚糖及其衍生物已成为一类理想的水凝胶材料和生物医用材料。在众多壳聚糖衍生物中，羧乙基壳聚糖的制备工艺绿色、简单，只需通过迈克尔加成反应一步合成。另外，羧乙基壳聚糖由于对原有的部分氨基进行了改性，在保留一部分氨基的同时又显著改善了其水溶性。

由于壳聚糖分子中含有大量氨基，因此在利用其制备水凝胶时通常采用戊二醛等进行交联，但是戊二醛具有一定毒性，在生物医用材料方面受到限制。另一方面，现有技术制得的壳聚糖水凝胶(如CN103769062A、CN105288704A等)力学性能不足，表现为质地较脆、容易破碎，基本不具备自愈合能力，严重影响了使用效果。上述问题在一定程度上限制了壳聚糖水凝胶在生物医药材料方面的应用，急需开发一种性能更好、具备自愈合能力的壳聚糖基水凝胶。

发明内容

本发明的目的在于解决现有壳聚糖基水凝胶质地较脆、容易破碎等问题，提供一种新型羧乙基壳聚糖/聚乙烯醇自愈合水凝胶，该水凝胶具有优异的自愈合能力、溶胀性能、平衡含水量、pH响应和力学性能，且降解性、平衡含水量、凝胶时间和溶胀性等参数均可以灵活调控。为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种羧乙基壳聚糖/聚乙烯醇自愈合水凝胶，由羧乙基壳聚糖与聚乙烯醇在水溶液中复合后，再通过氧化海藻酸钠和硼酸共同交联而成。

上述羧乙基壳聚糖/聚乙烯醇自愈合水凝胶的制备方法具体如下：首先将聚乙烯醇和羧乙基壳聚糖溶于水中，得到羧乙基壳聚糖/聚乙烯醇复合溶液；接着利用氧化海藻酸钠和硼酸配制混合交联剂溶液；最后将羧乙基壳聚糖/聚乙烯醇复合溶液与混合交联剂溶液混合进行交联反应，得到目标产物——羧乙基壳聚糖/聚乙烯醇自愈合水凝胶。

进一步的，羧乙基壳聚糖/聚乙烯醇复合溶液中羧乙基壳聚糖与聚乙烯醇的质量比为X:(1－X)，其中0.25≤X≤0.75。

进一步的，羧乙基壳聚糖/聚乙烯醇复合溶液中羧乙基壳聚糖与聚乙烯醇的总浓度为50-100g/L，配制时需将水加热至80-90℃，优选为90℃。

进一步的，混合交联剂溶液中氧化海藻酸钠与硼酸的质量比为48-52:1，优选为50:1。

进一步的，混合交联剂溶液中硼酸的浓度为1.9-2.1g/L，优选为2g/L。

进一步的，混合进行交联反应时，羧乙基壳聚糖/聚乙烯醇复合溶液与混合交联剂溶液的体积比为1:0.02-0.1。

进一步的，混合交联反应的温度为25-35℃，反应时间为20-28h。