一种可植入式水凝胶及其制备方法与流程

本发明涉及一种可植入式水凝胶及其制备方法，涉及水凝胶。

背景技术：

1、水凝胶是一种能够吸收和保留大量水或生物流体并具备优异生物相容性的三维聚合网络结构，水凝胶广泛应用于柔性电子、可穿戴设备、生物医药及传感等领域。在生物医药领域，用作植入人体的水凝胶(例如：用作生物传感器)被要求具有优良的抗排异性能和力学性能，从而降低人体的异物反应(foreign body reaction fbr)，并保证水凝胶在植入过程中和长期植入后保持不破损，或者有破口时亦可保持在受力时不发生被拉断、折断等现象。

2、为了降低水凝胶植入后的人体的异物反应，可以在水凝胶中添加抗排异剂，例如，重金属离子、天然抗菌提取物或抗菌药物，但是这种通过额外添加抗排异剂的方式不仅会增加水凝胶制备工艺的复杂性，而且抗排异剂长期使用对人体副作用大，而且对水凝胶的传感性能也会产生干扰。

3、利用水凝胶的体积相变温度(volume phase transition temperature，vptt)原理有助于提高水凝胶的抗排异性能，具体原理为：当水凝胶的vptt高于人体温时，水凝胶呈“膨胀”状态，低于人体体温时呈“塌陷”状态，通过连续的退胀/再膨胀来抑制细胞附着，从而减少人体的异物反应。目前，基于上述原理的水凝胶是由n-异丙基丙烯酰胺聚合得到的，其vptt约为33-34℃，低于正常人体温导致其无法呈现良好的热响应作用；随后，研究人员发现n-异丙基丙烯酰胺与磺酸基修饰的丙烯酰胺类单体共聚、或与吡咯烷酮类单体共聚可提高水凝胶的vptt，但是，这种水凝胶的力学性能不佳，特别是在充水溶胀的状态下，水凝胶分子间间隙被撑大，水凝胶性脆，特别是在缺陷处受力时，应力无法有效传递，导致水凝胶被损坏。

技术实现思路

1、本发明提供一种可植入式水凝胶的制备方法，用于提高水凝胶的抗排异性能和力学性能。

2、本发明还提供一种可植入式水凝胶，其具备较好的抗排异性能和力学性能。

3、本发明第一方面提供一种可植入式水凝胶的制备方法，包括如下步骤：

4、1)制备含有第一单体、第二单体和海藻酸盐的第一混合体系，所述第一单体为第一丙烯酰胺类单体，所述第二单体为吡咯烷酮类单体或磺酸基修饰的丙烯酰胺类单体；

5、2)使所述第一单体和第二单体进行第一聚合反应，第一聚合反应结束后，使所述海藻酸盐进行交联反应，得到反应产物；

6、3)制备含有第三单体和第四单体的第二混合体系，所述第三单体为第二丙烯酰胺类单体，所述第三单体和第一单体不同，所述第四单体为吡咯烷酮类单体或磺酸基修饰的丙烯酰胺类单体；

7、4)将所述反应产物浸泡在所述第二混合体系中，待所述第三单体和第四单体分散在所述反应产物的分子链间隙中，使所述第三单体和第四单体进行第二聚合反应，得到所述水凝胶。

8、如上述方法，所述第一单体为丙烯酰胺，所述第三单体为n-异丙基丙烯酰胺。

9、如上述方法，所述第一单体和第二单体的总质量、所述海藻酸盐的质量、所述第三单体和第四单体的总质量之间的比值为(10-20)：(1-5)：(75-89)。

10、如上述方法，所述第一单体与所述第二单体的质量比为(60-80)：(20-40)。

11、如上述方法，所述第三单体与所述第四单体的质量比为(60-90)：(10-40)。

12、如上述方法，使所述第一单体和第二单体进行第一聚合反应具体包括：

13、向所述第一混合体系中加入交联剂、引发剂和催化剂，使所述第一单体和第二单体进行第一聚合反应12-36h，第一聚合反应结束后得到中间产物；

14、其中，所述交联剂的质量为所述第一单体和第二单体总质量的0.05-1％；所述引发剂的质量为所述第一单体和第二单体总质量的0.1-1％；所述催化剂的质量为所述第一单体和第二单体总质量的0.1-1％。

15、如上述方法，所述交联剂为双丙烯酰胺类化合物，所述引发剂为过硫酸盐类化合物，所述催化剂为有机胺类化合物。

16、如上述方法，所述第一聚合反应在惰性气体保护下进行。

17、如上述方法，使所述第一单体和第二单体进行第一聚合反应具体包括：

18、在0-4℃下，向所述第一混合体系中加入交联剂和光引发剂，并在紫外灯照射下使所述第一单体和第二单体进行第一聚合反应10-30min，第一聚合反应结束后得到中间产物；

19、其中，所述紫外灯的功率为5mw-10w，紫外线的波长为320-420nm；

20、所述交联剂的质量为所述第一单体和第二单体总质量的0.05-1％，所述光引发剂的质量为所述第一单体和第二单体总质量的0.05-5％。

21、如上述方法，所述交联剂为双丙烯酰胺类化合物，所述光引发剂选自2-羟基-2-甲基-苯基丙酮、1-羟基环己基苯基甲酮、三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦、2-羟基-2-甲基-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-1-丙酮中的一种或多种。

22、如上述方法，使所述海藻酸盐进行交联反应具体包括：

23、第一聚合反应结束后，将中间产物浸泡在含有钙离子的溶液中，使所述海藻酸盐进行交联反应36-72h，交联反应结束后得到反应产物；

24、其中，所述钙离子与所述海藻酸盐的摩尔比大于等于1。

25、如上述方法，步骤4)具体包括：

26、在0-4℃下，向所述第二混合体系中加入交联剂和光引发剂，将所述反应产物浸泡在所述第二混合体系中36-72h；随后在紫外灯照射下使第三单体和第四单体进行第二聚合反应10-30min，第二聚合反应结束后得到水凝胶；

27、所述交联剂的质量为所述第三单体和第四单体总质量的0.05-1％，所述光引发剂的质量为所述第三单体和第四单体总质量的0.05-5％；

28、紫外灯的功率为5mw-10w，紫外线的波长为320-420nm。

29、如上述方法，所述交联剂为双丙烯酰胺类化合物，所述光引发剂选自2-羟基-2-甲基-苯基丙酮、1-羟基环己基苯基甲酮、三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦、2-羟基-2-甲基-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-1-丙酮中的一种或多种。

30、如上述方法，在所述第一聚合反应、第二聚合反应结束后，所述方法还包括：使用去离子水去除未反应的单体和助剂。

31、本发明第二方面提供一种可植入式水凝胶，根据本发明第一方面提供的制备方法制备得到。

32、本发明的实施，至少具有以下优势：

33、1、本发明提供一种可植入式水凝胶的制备方法，通过第一聚合反应、交联反应和第二聚合反应形成具有三网络互穿结构的水凝胶，使得水凝胶在受力时，特别是在缺陷处受力时可有效传递应力，提高水凝胶的力学性能；同时，水凝胶具有与人体体温接近的体积相变温度，此外，由海藻酸盐交联得到的交联网络本身为生物相容性材料，有助于提高水凝胶生物相容性，降低水凝胶植入后的异物反应，提高水凝胶的抗排异性能。

34、2、本发明提供的水凝胶具有较好的抗排异性能和力学性能。