[发明专利]一种双网络水凝胶及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种双网络水凝胶及其制备方法和应用。水凝胶由第一网络和第二网络组成，其中第一网络为聚乙烯醇与硼砂交联形成，第二网络为聚(丙烯酸‑共聚‑丙烯酰胺)和铁离子交联形成，所述第一网络和第二网络相互穿插。本发明通过聚乙烯醇的羟基与硼砂反应构筑聚乙烯醇第一网络，以丙烯酸与丙烯酰胺共聚形成的聚(丙烯酸‑共聚‑丙烯酰胺)分子链上的羧基负离子与Fe³⁺形成的离子键、酰胺基团与羧基之间形成的氢键作用构筑第二网络，水凝胶具有优异的自修复性能，具有高强度和高韧性，可应用于组织工程领域中。

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种双网络水凝胶及其制备方法和应用。

背景技术

水凝胶是化学交联或者物理交联形成的具有三维网络结构的高分子材料，水凝胶高分子材料可吸收大量水但不溶解于水，且保水能力强，其物化特性和生物体组织有很多相似之处，因此被广泛应用于生物医药领域，在组织工程和再生医学领域有着极大的应用前景。然而，传统的水凝胶合成方法主要以丙烯酸、丙烯酰胺为原料，单一材料的水凝胶由于交联点密度低和交联结构不均匀，吸水后凝胶拉伸和压缩强度低，呈现较低的力学性能，因此在应用时会受到一定的局限性。为了增加水凝胶材料的交联强度和韧性，提高其自修复性能，现有技术 CN108341973A公开了一种高强度离子响应润滑水凝胶的制备方法，但是该方法主要是调控水凝胶材料体相和表面离子种类及带电状态以实现离子响应功能，力学性能方面主要是润滑性能的改善，对于水凝胶整体的自行修复性能和高强度高韧性的改善并不显著。

因此，本发明为了提高水凝胶的自修复能力和强韧性，提供子一种特殊交联的双网络水凝胶对于优化水凝胶的自身力学性能和扩大水凝胶产品的使用范围具有非常重要的意义。

发明内容

本发明为克服上述现有技术中的缺陷，提供了一种双网络水凝胶，通过聚乙烯醇的羟基与硼砂反应构筑聚乙烯醇第一网络，以丙烯酸与丙烯酰胺共聚形成的聚(丙烯酸-共聚-丙烯酰胺)分子链上的羧基负离子与Fe³⁺形成的离子键、酰胺基团与羧基之间形成的氢键构筑第二网络，得到一种具备良好的自修复性能和强韧性的水凝胶产品。

本发明的另一个目的在于提供一种双网络水凝胶的制备方法。

本发明的又一目的在于提供一种双网络水凝胶在组织工程领域中的应用。

本发明上述目的通过以下技术方案实现：

一种双网络水凝胶，所述水凝胶由第一网络和第二网络组成，其中第一网络为聚乙烯醇与硼砂交联形成，第二网络为聚(丙烯酸-共聚-丙烯酰胺)和铁离子交联形成，所述第一网络和第二网络相互穿插。

本发明的水凝胶由第一网络和第二网络组成，其中第一网络为聚乙烯醇与硼砂通过形成可逆的硼酸酯键而交联形成，第二网络为线性聚(丙烯酸-共聚-丙烯酰胺)大分子中羧基负离子与铁离子形成的离子键、酰胺基团与羧基之间形成的氢键作用力交联形成。第一网络和第二网络在丙烯酸与丙烯酰胺共聚过程中同时形成，第一网络与第二网络相互穿插。本发明中水凝胶的第一网络、第二网络均通过动态可逆键形成，在外界应力的作用下，可逆键的存在将使双网络水凝胶中大分子链发生滑移，消耗大量的外部能量，从而有效提高了多网络水凝胶的力学性能，动态可逆键的引入也赋予了材料很好的自修复性能。

该水凝胶具备良好的自修复性能，自修复率可达50％～91％，其拉伸应力可达230～740KPa，断裂伸长率为440％～2200％，在85％形变下的压缩强度为5～14 MPa，说明该水凝胶具备优异的自修复性能和机械性能。

优选地，所述第一网络和第二网络的质量比为1:1.5～40。所述水凝胶的含水量为40～90％。例如可以为1:1.5，1:5，1:6.7，1:7.5，1:10或1:40。

优选地，所述第一网络和第二网络的质量比为1:5～8。

更优选地，所述第一网络和第二网络的质量比为1:5。所述水凝胶的含水量为为50～80％。