[发明专利]一种微生物矿化增强水凝胶的方法

说明书

本发明公开了一种微生物矿化增强水凝胶的方法，该方法包括以下步骤：1)脲酶菌菌液的培养以及浓缩菌液的制备；2)配制均一透明的凝胶基体溶液，之后加入尿素及氯化钙搅拌均匀，室温下加入浓缩菌液搅拌均匀得到混合液；3)将混合液真空抽滤除泡后模具成型，冻融循环后得到所述的微生物矿化增强的水凝胶。此方法可通过微生物矿化在凝胶内部生成碳酸钙网络结构，从而达到凝胶增强的目的。

技术领域

本发明涉及一种微生物矿化增强水凝胶的方法，属于水凝胶制备领域。

背景技术

水凝胶是具有三维网络结构的亲水性材料。形状一定、性质柔软，可以吸收大量的水，由于其生物相容性很好，因此水凝胶最初广泛应用于医药领域，如：药物传输释放、组织工程等；而今，由于其具备的高吸水高保水性，其应用早已扩大到生活用品、工农业保水除尘等多个领域。相应的，不同领域使用的凝胶基材也不尽相同，大体可分为天然和合成两大类，其中天然凝胶生物相容性好、价格较低，但是稳定性较差，易于降解；而合成凝胶的结构、性能可调控。但是水凝胶也存在着它的劣势——机械性能差，因此限制了其应用，尤其是组织工程。

目前已有一些凝胶增强的方式，主要有：双网络水凝胶、纳米复合水凝胶以及大分子微球水凝胶。双网络一般是将一个刚性网络与一个柔性网络复合从而可以赋予凝胶一定的自修复性能，但是对第一网络要求较高，如今通过研究改进了这一劣势，但是使用的化学结合剂大多存在毒性，降低基体的生物相容性；纳米复合一般是有机-无机复合，可以通过改变复配纳米粒子种类赋予凝胶特殊的性能，如：Ag⁺抗菌，但是这类无机纳米粒子在凝胶中易出现团聚现象从而对强度产生负面影响，而且对引发剂的要求相对较高；大分子微球凝胶可以很好的实现应力分散的作用，因此常用于压缩强度的提升，但是相应的对拉伸强度的效果较差。

因此，对于凝胶性能增强的方法还有很多地方值得深入研究及改进的，而本发明便是基于双网络以及纳米复合技术提出的一种微生物矿化的方式在凝胶内部生成细小、均匀的碳酸钙网络，实现凝胶增强的目的。

发明内容

技术问题：本发明主要针对水凝胶自身力学性能较差导致的应用局限性这一劣势进行改进，提出一种微生物矿化增强水凝胶的方法，该方法主要是依附于凝胶支架生长出一层碳酸钙层从而实现增强的目的；相较于传统的纳米复合凝胶，对凝胶基体的均一性影响较小，对大多数凝胶基体均存在可操作性，此外，还可以通过这种方式赋予凝胶一定的自愈合性能，因此具有较好的社会价值。

技术方案：本发明提供了一种微生物矿化增强水凝胶的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

1)脲酶菌菌液的培养以及浓缩菌液的制备；

2)配制均一透明的凝胶基体溶液，之后加入尿素及氯化钙搅拌均匀，室温下加入浓缩菌液搅拌均匀得到混合液；

3)将混合液真空抽滤除泡后模具成型，冻融循环后置于室温下反应，得到微生物矿化增强的水凝胶。

其中：

步骤1)所述的浓缩菌液的浓度为(1～10)×10⁹cell/mL，OD₆₀₀值为1.8～2，通过脲酶菌菌液在7000～10000rpm转速条件下离心8～15min得到。

步骤2)所述的均一透明的凝胶基体溶液为聚乙烯醇(PVA)溶液或者聚乙烯醇-单宁酸(PVA-TA)溶液。

当凝胶基体溶液为聚乙烯醇溶液时，步骤2)所述的混合液中聚乙烯醇的浓度为4wt％～10wt％；当凝胶基体溶液为聚乙烯醇-单宁酸溶液时，步骤2)所述的混合液中聚乙烯醇浓度为4wt％～10wt％、单宁酸为聚乙烯醇浓度的5wt％～20wt％。

步骤2)所述的混合液中尿素和钙离子的浓度均为0.5～1.5M，且二者的浓度比为1:1～3:1，浓缩菌液的掺入量按照体积百分数为混合液的5％～30％。