[发明专利]一种水凝胶材料及其制备方法与应用

说明书

本申请属于高分子材料技术领域，涉及一种水凝胶材料及其制备方法与应用，所述水凝胶材料包括A组分与B组分，所述A组分为聚酰亚胺；所述B组分为聚乙烯吡咯烷酮或聚异丙基丙烯酰胺，所述A组分和所述B组分的分子链缠结形成三维交联网络结构，其中，0＜C_A＜1，C_A为所述A组分的质量分数。本申请提供的水凝胶材料兼具良好的力学性能和溶胀性能，当A组分的质量分数改变时，材料的力学性能和吸水溶胀性能可以在很大范围内调节，能够满足生物组织如软骨对力学性能和溶胀性能的要求，可用于制备人工软骨。

技术领域

本申请属于高分子材料技术领域，特别是涉及一种水凝胶材料及其制备方法与应用。

背景技术

关节软骨是人体重要的承重组织，承担着关节负荷。软骨组织由胶原组织、软骨细胞、以及60-80％的水等成份所构成。由于关节软骨中缺乏神经和血管组织，软骨损伤后再生能力低。因此，人工关节软骨在软骨组织修复领域的应用越来越广。可用于制备人工关节软骨的材料以及制备人工软骨的方法吸引了广泛的关注。水凝胶材料由于其优异的生物相容性成为制备人工软骨的优异选择，但是，现有的水凝胶材料很难同时具备优异的力学性能和抗溶胀性能，限制了其在人工软骨领域的应用。

发明内容

本申请提供一种水凝胶材料及其制备方法与应用，旨在解决现有水凝胶材料不能同时兼具优异的力学性能和吸水溶胀性能的问题。

一方面，本申请实施例提供一种水凝胶材料，所述水凝胶材料包括A组分与B组分，所述A组分为聚酰亚胺；所述B组分为聚乙烯吡咯烷酮或聚异丙基丙烯酰胺，所述A组分和所述B组分的分子链缠结形成三维交联网络结构，其中，0＜C_A＜1，C_A为所述A组分的质量分数。

另一个方面，本申请实施例提供一种上述水凝胶材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将A组分与B组分溶解在有机溶剂中，得到混合溶液，其中，控制所述A组分与所述B组分的比例，以得到不同C_A值的混合溶液；

(2)对所述混合溶液进行加热，除去所述有机溶剂，以使所述A组分和所述B组分的分子链缠结形成三维交联网络结构，得到水凝胶材料。

优选地，当所述C_A满足0.025＜C_A＜0.375时，所述水凝胶材料的杨氏模量为0.005～22.57MPa。

优选地，当所述C_A满足0.025＜C_A＜0.375时，所述水凝胶材料的平衡吸水率为127.8～725.0％。

本申请实施例还提供一种上述水凝胶材料在人工软骨中的应用。

优选地，上述应用包括如下步骤：

(1)将A组分与B组分分别溶解在有机溶剂中，得到A溶液和B溶液；

(2)将所述A溶液与所述B溶液在3D打印系统中共混，将共混溶液作为墨水进行3D打印，加热除去所述有机溶剂，得到人工软骨结构，

其中，在3D打印过程中，控制所述A溶液与所述B溶液的共混比例，以得到不同C_A值的共混溶液。

优选地，在3D打印过程中，控制所述A溶液与所述B溶液的共混比例包括：控制所述A溶液与所述B溶液进入所述3D打印系统的流速，以使所述共混液的共混比例得到控制。

优选地，在3D打印过程中，控制所述A溶液与所述B溶液进入所述3D打印系统的流速包括：将所述A溶液经A点胶管进入所述3D打印系统，将所述B溶液经所述B点胶管进入所述3D打印系统，调节施加在所述A点胶管与所述B点胶管上的压力，以使所述A溶液与B溶液的流速得到控制。

优选地，所述应用包括如下步骤：