一种PEG型聚硫氨酯‑丙烯酸‑硫化锌复合水凝胶材料及其制备方法和应用与流程

文档序号：11931694阅读：594来源：国知局

本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种PEG型聚硫氨酯-丙烯酸-硫化锌复合水凝胶材料及其制备方法和应用。

背景技术：

角膜由三个负责不同功能的细胞层组成：最外层是多层上皮细胞起保护作用；中间层是由78％的水和16％的胶原蛋白组成的角膜基质细胞；最内层是用来控制液体和溶解质的传输以及维持水分平衡来保证光学透明度的单层内种皮。早在1789年，法国外科医生De Quengsy就提出了用玻璃取代混浊角膜的设想，1856年，Von Nussbaum和Neptuk首次通过手术将玻璃植入兔眼，1859年，Heusser完成了首例将玻璃人工角膜植入患者眼睛的手术，但最终因挤出而导致脱落。1905年，德国眼科学家Zirm首次成功实施了同异体角膜移植术，转移了人们对人工角膜研究的热情，使得人工角膜的研究基本处于停滞状态。直到第二次世界大战以后，Stone和Herbert发现某些飞行员对残留于眼中的有机玻璃碎片有很好的耐受性，不与眼组织发生任何反应。此后，人工角膜的研究有了突破性进展，各种合成高分子材料相继应用于人工角膜的研究。

目前，水凝胶由于优异的生物相容性、较高的含水量、优异的光学透明性及其对水溶性代谢产物如葡萄糖、营养物质、氧气等高的透过性，在人工眼角膜和软接触镜上已经有了越来越广泛的应用，制备出具有高折射率特别是折射率具有可调控性的人工眼角膜，不仅能适应不同视力矫正的需求，同时也有利于手术时的小切口植入，降低手术后的并发症及炎症，更有利于眼疾患者的康复，是一类比较有应用前景的人工角膜材料。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种PEG型聚硫氨酯-丙烯酸-硫化锌复合水凝胶材料及其制备方法和应用，该复合水凝胶材料是一种有机-无机杂化的复合材料，其折射率及平衡含水量可通过调节有机组分或无机组份的含量进行调节，是一种比较有应用前景的人工角膜材料。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种PEG型聚硫氨酯-丙烯酸-硫化锌复合水凝胶材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1.以DMF为溶剂，二巯基乙酸聚乙烯醇酯单体与二异氰酸酯类单体反应生成PEG型聚硫氨酯，再加入封端剂HEMA，反应后得到双键封端的PEG型聚硫氨酯；

S2.取适量S1制得的双键封端的PEG型聚硫氨酯、丙烯酸单体和巯基乙醇-硫化锌纳米颗粒(ME-ZnS)溶于适量DMF溶剂中得混合溶液，冰浴条件下超声处理使所述混合液中的巯基乙醇-硫化锌纳米颗粒充分分散，向所述混合液中加入适量光引发剂和交联剂，再次超声处理，使之成为透明的前驱体溶液；

S3.将S2中的前驱体溶液倒在一块聚四氟乙烯板上并在其上压上另一块聚四氟乙烯板，使用紫外光透过所述聚四氟乙烯板照射所述前驱体溶液，引发自由基聚合使其凝胶化，即得PEG型聚硫氨酯-丙烯酸-硫化锌复合水凝胶材料。

在上述制备方法的基础上，本发明还可以有如下进一步具体化或优化。

具体的，步骤S1中的二巯基乙酸聚乙烯醇酯单体为二巯基乙酸PEG200酯、二巯基乙酸PEG400酯、二巯基乙酸PEG600酯、二巯基乙酸PEG800酯、二巯基乙酸PEG1000和二巯基乙酸PEG1500酯中的任一种。

上述二巯基乙酸聚乙烯醇酯的化学结构类似于二巯基乙酸乙二醇酯，其可由以下方法制备：将巯基乙酸、聚乙二醇、甲基苯磺酸及DTT加入带油水分离器的三口烧瓶中，并加入甲苯作带水剂，氮气保护下升温至125-130℃反应8-10h,反应完成后，萃取、分液、洗涤、除水、旋蒸、真空干燥即得二巯基乙酸聚乙烯醇酯，其中巯基乙酸与聚乙二醇的摩尔比为2.05-2.15：1(巯基乙酸过量，保证巯基封端)，甲基苯磺酸与聚乙二醇的摩尔比为1-1.5：100，DTT与聚乙二醇的摩尔比为4.1-5.5：100，带水剂甲苯与聚乙二醇的用量比例为50-200mL:10-20g。聚乙二醇为PEG200、PEG400、PEG600、PEG800、PEG1000或PEG1500中，反应生成的产物相应的为二巯基乙酸PEG200酯、二巯基乙酸PEG400酯、二巯基乙酸PEG600酯、二巯基乙酸PEG800酯、二巯基乙酸PEG1000和二巯基乙酸PEG1500酯。

具体的，步骤S1中的二异氰酸酯类单体为MDI、HDI、TDI、XDI和IPDI中的任一种。

具体的，步骤S1中的二异氰酸酯类单体、二巯基乙酸聚乙烯醇酯单体及HEMA的摩尔比为(2.5-4)：2：(1-4)，步骤S1中DMF溶剂的质量为所述二巯基乙酸聚乙烯醇酯单体、二异氰酸酯类单体及HEMA总质量的2.3-19倍。双键封端的PEG型聚硫氨酯的制备过程中，首先按比例计算各物质的用量，将计算量的二巯基乙酸聚乙烯醇酯单体与计算量一半的DMF溶剂加入反应容器内，将计算量的二异氰酸酯类单体与计算量一半的DMF溶剂混合并采用滴加方式加入所述反应容器内，氩气保护下升温至30-80℃，搅拌进行聚合反应得PEG型聚硫氨酯，反应完成后加入计算量的HEMA,氩气保护下升温至30-80℃，搅拌反应2-7h进行双键封端，透析袋透析去除未反应的小分子单体，离心、干燥，即得双键封端的PEG型聚硫氨酯。

具体的，所述巯基乙醇-硫化锌纳米颗粒(ME-ZnS)的粒径为2-4nm。

具体的，步骤S2中丙烯酸的质量为双键封端的PEG型聚硫氨酯的质量的1-2倍，步骤S2中巯基乙醇-硫化锌纳米颗粒的质量为丙烯酸及PEG型聚硫氨酯质量之和的10-40％，步骤S2中混合液的固含量为15-35％。

具体的，步骤S2中的光引发剂及交联剂的质量均为所述丙烯酸、双键封端的PEG型聚硫氨酯和巯基乙醇-硫化锌纳米颗粒总质量的0.85-1.25％，所述光引发剂为Darocur 1173，所述交联剂为TEGDMA。

具体的，步骤S3中两块聚四氟乙烯板之间形成的前驱体溶液液膜厚度为20-200μm。

本发明还要求保护一种PEG型聚硫氨酯-丙烯酸-硫化锌复合水凝胶材料，其由上述方法进行制备。

本发明还要求保护上述PEG型聚硫氨酯-丙烯酸-硫化锌复合水凝胶材料在用作软质隐形眼镜的镜体材料或人工眼角膜的植入材料方面的应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、通过本发明制备方法制得的复合水凝胶材料的折射率比人眼角膜的还要高，平衡水含量和人眼角膜相近，且具有很好的生物相容性，在人工眼角膜及角膜接触镜方面有很好的应用前景；

2、通过本发明制备方法制得的水凝胶材料清澈而透明，测得其折射率在干燥状态下可达到1.64，在平衡含水状态下高达1.48，同时所制备的水凝胶平衡含水量最高能达到56.79％，其为纯聚合物水凝胶体系，其较高的折射率相对于现有技术而言是一个比较大的进步；

3、本发明设计出的聚硫氨酯原料，可以通过不同芳环、脂肪结构的异氰酸以及通过改变分子链中软硬段的组成来对最终合成的水凝胶材料的折射率和含水量进行一定的调控；此外，丙烯酸含量的变化，也能对水凝胶的折射率和含水量实现一定的调控；

4、本发明中，随着ME-ZnS掺杂量的增加，水凝胶的折射率线性增加，对水凝胶的折射率能实现调控；

5、制备本发明的水凝胶材料所用的原料来源广、价廉，有利于降低成本。

附图说明

图1为本发明制备的PEG型聚硫氨酯-丙烯酸-硫化锌复合水凝胶材料的原料双键封端的PEG型聚硫氨酯的合成路线图；

图2为本发明实施例1至3制备的含ME-ZnS依次为10％、20％和30％的PEG型聚硫氨酯-丙烯酸-硫化锌复合水凝胶材料与不含ME-ZnS的复合水凝胶材料(0％)及纯粹ME-ZnS(100％)的热失重曲线；

图3为纯ME-ZnS和实施例3制备出的含ME-ZnS 30％的PEG型聚硫氨酯-丙烯酸-硫化锌复合水凝胶材料的XRD图。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

本发明的下述实施例中采用的方法未作特别说明均为常规方法，所用药品未作特别说明均为市售产品。下述实施例中制备PEG型聚硫氨酯-丙烯酸-硫化锌复合水凝胶材料时用的双键封端的PEG型聚硫氨酯合成路线如图1所示。

实施例1