[发明专利]一种基于碱基自组装的强韧性自修复组织黏附水凝胶材料的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种基于碱基自组装的强韧性自修复组织黏附水凝胶材料，通过紫外引发自由基共聚合的方法成功合成了具有强韧性自修复组织黏附水凝胶。通过本发明制备方法制得的水凝胶材料具有比较优良的力学性能、自修复性能和粘附性能。本发明引入碱基对赋予了水凝胶良好的组织黏附能力，通过调控不同碱基对的作用及其含量来提高水凝胶的力学性能，利用碱基对氢键交联及解离机理可实现水凝胶材料的自修复性能。所制备的水凝胶材料的拉伸强度为144kPa，断裂伸长率为293.3％，以及对几乎各种材料和生物组织都具有显著的粘合性能，包括木材，铁，铝，聚四氟乙烯，塑料，玻璃，小鼠的心、肝、脾、肺、肾等，以及在温和条件下70％的自愈合性能。

技术领域

本发明涉及水凝胶领域，尤其涉及一种基于碱基自组装的强韧性自修复组织黏附水凝胶材料的制备方法及应用。

背景技术

水凝胶是指一类具有亲水基团，能被水溶胀但不溶于水的具有三维网络结构的交联聚合物，水凝胶材料性质柔软，具有高含水量、生物相容性。广泛应用在化妆品、眼科材料、生物医用等领域。然而，传统的高分子水凝胶是由天然高分子或合成的聚合物单体通过简单的化学键共价交联形成的，在共价交联网络结构中，由于交联链节分布不均一，导致水凝胶的力学性能比较差。随着水凝胶的应用越来越广泛，单纯地提高水凝胶的力学性能已经不能满足其实际使用需要。应此，开发具有高强韧性功能性水凝胶一直是高分子水凝胶领域的研究重点。

超分子水凝胶具有传统水凝胶的高含水量、生物相容性、等性质，且兼具自愈合、刺激响应性等性质。由聚合物合成的强韧性智能水凝胶由于其生物相容性和生物降解性限制了生物医学领域方面的应用。黏性水凝胶具有一定的黏性，且能够与其他材料黏合，因此广泛地应用在组织修复、伤口敷料和药物传送等生物医用领域。然而，水凝胶材料同时具有黏性和高力学强度是比较困难的，这主要是由于水凝胶能够吸收大量的水，水分子会与水凝胶中的聚合物产生氢键作用从而削弱了水凝胶的黏附能力。到目前为止，大多数合成的水凝胶都不具有黏附能力，且一些文献报道了水凝胶黏合剂的力学性能比较差，造成使用寿命短。高光辉等人通过将腺嘌呤和尿嘧啶引入聚丙烯酰胺结构中，利用腺嘌呤和尿嘧啶之间的氢键自组装作用制备了新型聚丙烯酰胺水凝胶，这种水凝胶对聚四氟乙烯、塑料、玻璃、金属、木材和橡胶等材料具有很好的黏合能力，同时对小鼠的心脏、肝脏、脾、肺、肾、骨骼和肌肉具有很好的黏附行为。经过反复的剥离试验，水凝胶材料仍然对各种材料具有优异的持久黏附性能，但是该水凝胶的力学性能比较弱，最大拉伸强度只有23KPa。

碱基是一种性质比较稳定的含氮杂环化合物，它可与固体表面产生如氢键、金属络合、和疏水作用等物理黏结作用，且这些碱基分子在形成水凝胶后仍然能依靠其分子识别作用与其他组分产生氢键、疏水作用、金属络合和π—π堆积而获得黏附性能，核碱基间的高特异性氢键可用于药物、分子传感器和功能结构的设计，在超分子材料的制备中具有巨大的潜力。到目前为止，基于碱基对的氢键组装形成的水凝胶的材料文献还比较少，且大部分文献中的碱基对氢键作用的水凝胶是将碱基引入聚合物链的末端，通过链段间的定向排列堆积作用形成凝胶，其结构具有不稳定性。

为使水凝胶材料具有强韧性自修复性能以及黏附能力，所以，本实验设计出一种基于碱基自组装的强韧性自修复组织黏附水凝胶材料，通过研究不同含量的碱基对之间的氢键作用，验证不同碱基对的含量及作用对水凝胶材料的力学强度的影响，且赋予水凝胶材料自修复性能，同时通过引入碱基赋予该水凝胶材料良好的组织黏附能力。所制备的水凝胶材料的拉伸强度为144kPa，断裂伸长率为 293.3％，以及对几乎各种材料和生物组织都具有显著的粘合性能，包括木材，铁，铝，聚四氟乙烯，塑料，玻璃，小鼠的心、肝、脾、肺、肾等，以及在温和条件下70％的自愈合性能。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种具有强韧性、自修复和黏附性能的水凝胶材料的制备方法及应用，通过简单的自由基聚合的方法将碱基接枝到聚(2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸)结构中，利用碱基对之间的氢键作用合成强韧性自修复组织黏附水凝胶材料，该水凝胶材料可应用于伤口敷料，止血材料，组织粘合和可穿戴设备等生物医用领域。