本发明涉及一种高强度、生物黏性光控脱附水凝胶的制备方法。
背景技术:
水凝胶是一种含有大量水介质,具有空间三维网络结构的功能材料。由于其与生物组织相类似,因此水凝胶在组织工程,载药运输等领域取得了广泛的应用。具备生物黏性的水凝胶材料,通过优异的粘接性能,不但可以实现不同单体水凝胶相结合的需求,在湿润的玻璃、塑料及人类皮肤上也可以实现粘接的功能。具备生物黏性的水凝胶材料,在医用敷料或外科包扎等医用领域具有广阔的应用前景。
目前,关于制备一种高强度、生物黏性光控脱附水凝胶的研究已经取得了相应的进展。然而,制备出满足易制备,高强度,快速脱附特性的水凝胶仍是当今科研热点与难点。传统方法制备的具备生物黏性的水凝胶,通常具有较低的力学强度值,在实际应用过程中,容易发生破损,不能长期使用。在脱附过程中,通常采用直接外力去除的方法,脱附过程复杂,脱附效率低。这些不足都在很大程度上限定了具有生物黏性水凝胶的应用。
技术实现要素:
本发明由温敏型单体n-异丙基丙烯酰胺与合成硅酸镁锂交联形成的水凝胶构成。以纳米木浆纤维素作增强相,通过原位自由基聚合,简化材料加工制备过程,提高材料制备效率。在满足水凝胶材料自身强度的同时,能够实现在光控条件下快速脱附。结合3d打印模具技术,可以实现所述水凝胶的结构设计。
与传统技术相比,本发明所制备的水凝胶材料具有易制备,高强度,可在光控条件下快速脱附的特性。同时具有制备方法简便、节能节材、环境友好、行之有效、易于推广全程绿色等特性,将会产生较好的社会与生态效益,更符合国家可持续发展的战略需求。具体工艺过程包括高强度、生物黏性光控脱附水凝胶的制备及成型两个阶段:
1)高强度、生物黏性光控脱附水凝胶的制备:
a.以n-异丙基丙烯酰胺作单体,xls型合成硅酸镁锂作交联剂,过硫酸钾作引发剂,n,n,n’,n’-四甲基乙二胺作催化剂,纳米木浆纤维素作增强相,氧化石墨烯作光热转化相,α-环糊精提供生物黏性。单体,引发剂,催化剂之间的摩尔比为100:0.370:0.638;纳米木浆纤维素含量为2wt.%,α-环糊精含量为2wt.%,氧化石墨烯含量为1wt.%~3wt.%。交联剂质量分数为3wt.%;
b.在冰水浴条件下将一定含量的氧化石墨烯加入蒸馏水中,超声振荡半小时并搅拌半小时;然后依次加入纳米木浆纤维素和α-环糊精,并依次搅拌半小时。随后加入交联剂中,搅拌1小时;然后加入单体并搅拌2小时;最后依次加入引发剂和催化剂,搅拌5分钟;
2)高强度、生物黏性光控脱附水凝胶的成型:
a.所选用的模具为3d打印模具,由两个平整的薄板及两个平整的凹槽构成;
b.将1)阶段获得的材料注入模具中,置于25℃环境下反应时间为24小时成型。
c.通过将一定尺寸的猪皮粘贴于水凝胶表面,在近红外光刺激下,以猪皮掉落时间衡量脱附速率。
本发明的有益效果:
1)本发明所涉及的制备技术利用原位自由基聚合,成型高强度、生物黏性光控脱附水凝胶。简化材料加工制备过程,提高制备效率。
2)本发明所涉及的制备技术采用物理交联法制备的高强度、生物黏性光控脱附水凝胶。相较于化学交联法,自身具有较高的力学强度,见表1。
3)本发明所涉及的制备技术通过与3d打印模具技术相结合,可以对高强度、生物黏性光控脱附水凝胶的成型形状与结构进行设计。通过近红外光控制可以实现快速脱附。
表1:高强度、生物黏性光控脱附水凝胶应力应变值
附图说明
图1是高强度、生物黏性光控脱附水凝胶制备模具示意图。
图2是高强度、生物黏性光控脱附水凝胶微观组织图。
图3是高强度、生物黏性光控脱附水凝胶体积相变温度图。
图4是高强度、生物黏性光控脱附水凝胶应力应变值。
图5是高强度、生物黏性光控脱附水凝胶光控脱附过程图。
具体实施方式
实施例1:制取氧化石墨烯含量为1wt.%的高强度、生物黏性光控脱附水凝胶:
以n-异丙基丙烯酰胺作单体,xls型合成硅酸镁锂作交联剂,过硫酸钾作引发剂,n,n,n’,n’-四甲基乙二胺作催化剂,2wt.%纳米木浆纤维素作增强相,2wt.%α-环糊精为生物黏性相。在冰水浴条件下将氧化石墨烯加入蒸馏水中,超声振荡半小时候搅拌半小时;然后依次加入纳米木浆纤维素和α-环糊精并分别搅拌半小时,随后加入交联剂,搅拌1小时;然后加入单体并搅拌2小时;最后依次加入引发剂和催化剂,搅拌5分钟。将所得溶液注入相应模具中,见图1。在25℃环境下反应时间24小时成型。所得样品微观结构呈现出类似蜂窝的结构,如图2所示。通过对所述高强度、生物黏性光控脱附水凝胶进行差热分析,发现其体积相变温度在43.9℃附近,如图3所示。高强度、生物黏性光控脱附水凝胶应力应变值如图4所示。
实施例2:制取氧化石墨烯含量为2wt.%和3wt.%的高强度、生物黏性光控脱附水凝胶:
以n-异丙基丙烯酰胺作单体,xls型合成硅酸镁锂作交联剂,过硫酸钾作引发剂,n,n,n’,n’-四甲基乙二胺作催化剂,2wt.%纳米木浆纤维素作增强相,2wt.%α-环糊精为生物黏性相。在冰水浴条件下将氧化石墨烯加入蒸馏水中,超声振荡半小时候搅拌半小时;然后依次加入纳米木浆纤维素和α-环糊精并分别搅拌半小时,随后加入交联剂,搅拌1小时;然后加入单体并搅拌2小时;最后依次加入引发剂和催化剂,搅拌5分钟。将所得溶液注入相应模具中,见图1。在25℃环境下反应时间24小时成型。通过拉伸实验可以发现,所述水凝胶材料的强度随着氧化石墨烯含量增加而提高。
实施例3:对高强度、生物黏性光控脱附水凝胶进行光控脱附实验:
以氧化石墨烯含量为3wt.%的高强度、生物黏性光控脱附水凝胶为研究对象。将其依靠自身的生物黏性,不施加外力的条件下粘贴为白色泡沫块上。通过所述水凝胶材料的生物黏性将一块猪皮固定在其表面。利用近红外光照射猪皮与所述水凝胶的结合界面,使猪皮掉落。通过记录时间衡量脱附效率。通过实验结果可以发现,所述水凝胶在1分45秒内实现快速脱附,如图5所示。