[发明专利]一种铁蛋白-聚丙烯酰胺水凝胶及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种铁蛋白‑聚丙烯酰胺杂化水凝胶及其制备方法和应用，其制备方法包括以下步骤：(1)向水中加入丙烯酰胺、甲叉双丙烯酰胺和铁蛋白，混合得到铁蛋白‑聚丙烯酰胺杂化水凝胶的预聚溶液；其中，预聚溶液中铁蛋白的浓度为0.5～5g/L；(2)向步骤(1)所得的预聚溶液中加入过硫酸铵和四甲基乙二胺，交联反应后静置，得到铁蛋白‑聚丙烯酰胺杂化水凝胶。该水凝胶制备方法操作简单，制造成本低，制备方法绿色环保，通过极少量的铁蛋白杂化聚丙烯酰胺水凝胶，成功制备了一种具有优异机械性能的铁蛋白‑聚丙烯酰胺杂化水凝胶。

技术领域

本发明涉及一种铁蛋白-聚丙烯酰胺水凝胶及其制备方法和应用，属于水凝胶材料制备领域。

背景技术

水凝胶是一种亲水的三维网络结构凝胶，具有良好的溶胀性和生物相容性。在传感器、卫生环保、药物控制释放体系、人工肌肉、肌腱等生物材料及组织工程和再生医学等领域具有很好的应用前景。但传统水凝胶交联点分布不规则、交联链长度分布不均匀，导致其易脆，柔性差，限制了其实际应用。针对水凝胶的这些缺陷，研究制备高柔性水凝胶对提高其在生物医药领域的实际应用具有十分重要的意义。

聚丙烯酰胺水凝胶是一种人工合成凝胶，是由丙烯酰胺和甲叉双丙烯酰胺化学交联组成的。Jianyu Xu等人将酪蛋白与聚丙烯酰胺水凝胶杂化，制备出了一种高拉伸性的水凝胶，酪蛋白-聚丙烯酰胺水凝胶表现出良好的力学性能，在拉伸测试中断裂应变为2000％，断裂应力为180kpa(Jianyu Xu et al.A tough,stretchable,and extensivelysticky hydrogel driven by milk protein.Polymer Chemistry 2018,9(19),2617-2624.)；但是这种酪蛋白-聚丙烯酰胺水凝胶中酪蛋白含量高达750g/L。Fengcai Lin等制备了一种纤维素-聚丙烯酰胺水凝胶，构建由纤维素和聚丙烯酰胺组成的具有高机械强度和pH响应特性的双网水凝胶(Fengcai Lin et al.In situ polymerization approach tocellulose–polyacrylamide interpenetrating network hydrogel with high strengthand pH-responsive properties[J].Cellulose,2019.)。在人工合成水凝胶中，因材料、制备方法不同而会出现机械性能缺陷，限制其广泛应用。因此，选择一种合适的天然有机质与凝胶体系从而制备高机械性能水凝胶是值得研究者探索和追求的。

发明内容

本发明针对上述现有技术存在的问题，提供一种铁蛋白-聚丙烯酰胺杂化水凝胶及其制备方法和应用，该水凝胶制备方法简单，只需要少量的铁蛋白就可以制备出具有优异的可拉伸性和柔韧性的水凝胶材料。

本发明的技术方案是，提供一种铁蛋白-聚丙烯酰胺杂化水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

(1)向水中加入丙烯酰胺、甲叉双丙烯酰胺和铁蛋白，混合得到铁蛋白-聚丙烯酰胺杂化水凝胶的预聚溶液；其中，预聚溶液中铁蛋白的浓度为0.5～5g/L；

(2)向步骤(1)所得的预聚溶液中加入过硫酸铵和四甲基乙二胺，交联反应后静置，得到铁蛋白-聚丙烯酰胺杂化水凝胶。

丙烯酰胺和甲叉双丙烯酰胺的水溶液，在过硫酸铵作为引发剂和四甲基乙二胺作为促进剂下产生化学交联形成网络结构的聚丙烯酰胺水凝胶，铁蛋白均匀杂化到水凝胶的网络结构当中，形成铁蛋白-聚丙烯酰胺杂化水凝胶。

上述方案优选地，步骤(1)的预聚溶液中，铁蛋白的浓度为1～3g/L。

上述方案优选地，步骤(1)的预聚溶液中，丙烯酰胺的浓度为100～300g/L，甲叉双丙烯酰胺的浓度为0.1～0.5g/L。

上述方案优选地，步骤(1)的预聚溶液中，丙烯酰胺的浓度为160～240g/L，甲叉双丙烯酰胺的浓度为0.2～0.4g/L。