[发明专利]可交联聚合物、水凝胶及其制备方法

说明书

本发明涉及可交联聚合物，其包含含有官能团的基础聚合物，官能团中的至少一些官能团已经与包含可交联单元的第一有机分子和能够与有机基质和/或无机基质键合的第二有机分子反应。本发明还涉及水凝胶，其包含含有可交联聚合物链的可交联聚合物，其中不同的可交联聚合物链的至少一些可交联单元已经发生反应并形成共价键，从而形成共价连接网络。本发明还涉及制备该水凝胶的方法以及该水凝胶的用途。

技术领域

本发明涉及包含基础聚合物的可交联聚合物、包含该可交联聚合物的水凝胶、该水凝胶的制备方法以及该水凝胶的用途。

背景技术

水凝胶在诸如治疗软骨损伤之类的生物医学应用中越来越重要。对于生物医学应用，水凝胶理想地示出了良好的粘合性，特别是对生物表面的良好粘合性。

双网络水凝胶通常由两种具有不同化学组成的网络形成。这两种网络可以各自为共价交联网络，或者其中一种网络为共价交联网络，并且另一种可为物理交联网络。例如，聚乙二醇二甲基丙烯酸酯和海藻酸盐的混合物形成双网络，其中聚乙二醇二甲基丙烯酸酯在交联后形成共价连接的网络，并且海藻酸盐形成物理交联的网络。

迄今为止，大多数研究工作已经提出了不同的策略以增加粘合性，这主要是通过改善界面相互作用来实现(参见Xu J等人，Langmuir 28,14010-14017(2012)；Liu,Y等人，ACS Applied MaterialsInterfaces 6,16982-16992(2014)；Strehin,I等人，Biomaterials 31,2788-2797(2010)；Guvendiren,M等人，Biomacromolecules9,122-128(2008)；Tamesue,Sh等人，ACS Macro Lett5,704-708(2016))。然而，通过这种方法，所获得的粘合性改善通常是相当微不足道的(Abbott,S，Adhesion Science:Principles andPractice,DEStech Publications,(2015))。

除了这些策略之外，最近基于调节水凝胶的耗散性能，已经提出了具有有趣的高粘合性能的几个水凝胶体系(Yuk,H等人，Nature Materials 15,190-196,(2016))。然而，这些体系的良好粘合性不容易实现，这是因为使这些水凝胶体系牢固键合需要固体的表面改性(Li,J等人，Science 357,378-381(2016))、多孔表面结构(Kurokawa,T等人，ActaBiomaterialia 6,1353-1359(2010))或需要无机固体表面，这显然不适合生物表面和临床应用。

虽然将耗散网络与诸如水凝胶之类的软组织表面一体化示出了将粘合强度提高到了前所未有的值，但是作为生物材料，水凝胶的性能仍然存在一些局限。首先，组织表面是水凝胶与组织粘附的主要部分。这意味着界面的质量主要取决于组织表面的化学和形态。因此，在许多生物表面上不可能获得足够的粘合性。第二，水凝胶的溶胀比可以非常高，这对许多生物医学应用以及水凝胶性能的保持造成了严格的限制。第三，从实用的观点出发，为了将水凝胶用于应用中，应当大幅改善水凝胶的加工性。第四，在所提出的水凝胶设计中没有有效地包括界面设计。

已经表明与具有长链网络的水凝胶相比，短链网络通常使水凝胶具有更高的刚度。然而，短链网络可能断裂，或者交联可能在变形时破裂。另一方面，较长的链可以改善体系的移动性，这有助于高能量传递(Zhao,X，Soft Matter 10,672(2014))。需要使水凝胶具备上述两种相反的作用。特别地，需要使水溶胶在刚度(特别是由短链网络提供的刚度)和移动性(特别是由长链网络提供的移动性)之间达到平衡。此外，韧性水凝胶可能需要这两个参数，由此韧性界面需要这两个参数。