[发明专利]一种弹性水凝胶内部定向有序孔道的构筑方法

说明书

本发明涉及一种弹性水凝胶内部定向有序孔道的构筑方法。该方法包括：将交联剂和引发剂加入到丙烯酰胺与丙烯酸混合溶液中，得到凝胶预聚溶液；在模具中固定拉伸取向的热塑性聚氨酯(TPU)纤维，将凝胶预聚溶液倒入模具中，通过真空辅助包埋TPU纤维，然后紫外光固化，再溶去纤维。该方法制备过程简单高效，制备成本低，得到的水凝胶具有良好的机械强度，孔道排列规整，可用于组织工程、物质传输和生物传感等领域，具有较为广泛的应用价值和发展前景。

技术领域

本发明属于水凝胶制备领域，特别涉及一种弹性水凝胶内部定向有序孔道的构筑方法。

背景技术

水凝胶是一种能在水中溶胀并保持大量水分而不溶解的亲水性高分子聚合物，具有三维的网络结构。生物软组织本质上也是一种具有特殊功能的水凝胶，这些功能性体现在其内部具有许多有序的孔道结构可用于快速物质传输。因而，在人工合成的水凝胶里构筑有序孔道，可部分模拟生物软组织的一些特殊功能，充当物质传输的载体。

凝胶本征上即具有分子链间的无序纳米级微孔道，可以通过调整单体和交联剂的比例，来调节孔径大小及力学和溶胀等性能，但这种孔道通常小于5nm，难以输运尺寸较大的物质。利用模板法可向水凝胶中引入几十到几百微米的有序大尺度孔道，目前已有不少相关报道。例如，《先进材料》(Adv.Mater.,2017,29,1700339)曾报道可通过定向冷冻得到的冰晶作为模板，将二氧化硅纳米纤维与海藻酸钙组合，制备蜂窝状的纳米纤维水凝胶；《软物质》(Soft Matter.,2012,8,3620-3626)报道将定向冷冻与低温聚合技术相结合，以定向排列的冰晶作为模板，熔融后在水凝胶中形成取向排列的多孔结构；《软物质》(SoftMatter,2012,8,2087-2094)报道将六方相溶致液晶作为可洗除模板，在聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)水凝胶基体内形成取向的孔结构；《材料化学》(Chem.Mater.,2013,25,4551-4556)报道利用冰晶模板自组装和紫外光引发低温聚合制备了一种具有取向大孔结构的热响应复合水凝胶。然而，上述这些方法使用的模板形状及取向程度均较难以控制，所制得的水凝胶孔道尺寸也不均一，难以充当物质输运的良好载体。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种弹性水凝胶内部定向有序孔道的构筑方法，以克服现有技术中水凝胶孔道取向程度难以控制以及孔道尺寸不均一的缺陷。

本发明提供一种弹性水凝胶内部定向有序孔道的构筑方法，包括：

(1)将丙烯酰胺、丙烯酸与去离子水混合得到混合溶液，加入交联剂和引发剂，得到凝胶预聚溶液，其中，丙烯酸为丙烯酰胺的0-10mol％，混合溶液中丙烯酰胺的浓度为3-5mol·L^-1，交联剂为丙烯酰胺的0.01-0.08mol％，引发剂为丙烯酰胺的0.05～0.12mol％；

(2)在模具中固定拉伸取向的TPU纤维，将步骤(1)中凝胶预聚溶液倒入模具中，通过真空辅助包埋TPU纤维，然后紫外光固化，再溶去纤维，得到具有内部定向有序孔道的弹性水凝胶。

所述步骤(1)中交联剂为N,N'-亚甲基双丙烯酰胺；引发剂为α-酮戊二酸。

所述步骤(2)中TPU纤维的制备方法包括：将TPU纺丝液进行静电纺丝，即得，其中，TPU纺丝液的质量百分浓度为15-25wt％，溶剂为质量比为4:6的N,N二甲基甲酰胺和四氢呋喃，静电纺丝的工艺参数为：电压为12-18kV，纺丝速率为0.2-0.8mL/h，滚筒转速为500-1400rpm。

所述步骤(2)中TPU纤维的拉伸倍数为2倍。

所述步骤(2)中紫外光固化时间为25～35min。

所述步骤(2)中溶去纤维的方法为：将紫外光固化后的材料置于55～65℃的二甲基亚砜溶液中，搅拌9～11h去除TPU纤维。

本发明还提供一种上述方法制备得到的具有内部定向有序孔道的弹性水凝胶。