一种聚谷氨酸复合多孔水凝胶及其制备方法和应用与流程

本发明属于水凝胶材料领域，具体涉及一种聚谷氨酸复合多孔水凝胶及其制备方法和应用。

背景技术：

1、聚谷氨酸(γ-pga)是一种水溶性阴离子聚合物，由d-谷氨酸和l-谷氨酸通过γ-谷氨酰胺键聚合而成，其侧链存在大量游离羧基易于修饰。聚谷氨基酸水凝胶作为生物医用高分子材料，具有生物相容性好、能促进组织修复和细胞生长、降解产物无毒、保湿效果好、粘附性强等优点，因此在医学领域的药物载体、创伤敷料、手术缝合线等方面有广泛的应用。

2、聚谷氨酸还具有一定止血功效，其原因是结构上的羧基可以与血液中的二价铁离子(fe2+)发生反应形成血凝块，封堵伤口，从而有效止血。另外，聚谷氨酸可以螯合钙离子(ca2+)，在材料制备时易实现负载(ca2+)而被功能化。钙离子作为止血因子，可以参与内外源凝血，加速纤维蛋白的形成，从而促使血液凝固。另外，聚谷氨酸粘附性强，可以与组织紧密结合封闭伤口，达到止血的目的。

技术实现思路

1、针对现有技术的问题，本发明提供一种聚谷氨酸水凝胶及其制备方法。将医用级聚谷氨酸和聚乙烯醇水溶液混合，依次在碱性和酸性条件下，用缩水甘油醚交联形成互穿网络水凝胶，再引入钙离子(ca2+)，制备具有多重功能性的复合水凝胶。

2、本发明的目的之一在于提供一种聚谷氨酸复合多孔水凝胶，包括聚乙烯醇/聚谷氨酸的交联网络结构、以及负载的钙离子。优选地，所述聚乙烯醇和聚谷氨酸的交联网络结构包括聚乙烯醇与聚谷氨酸的互穿网络结构；所述钙离子(ca2+)通过羧基的络合作用负载到水凝胶的骨架结构上。

3、上述水凝胶中，所述聚乙烯醇和聚谷氨酸的质量比为1：(0.5～50)，优选为1：(2～15)。水凝胶材料中钙离子含量没有特别限定，可以根据实际需求调整钙离子含量即可。

4、本发明优选的实施方式中，所述的水凝胶由聚乙烯醇和聚谷氨酸依次在碱性条件、酸性条件下交联反应后负载钙离子得到。所述的聚谷氨酸和聚乙烯醇通过化学交联剂依次在碱性条件、酸性条件下交联反应后形成互穿网络水凝胶，钙离子(ca2+)通过羧基的络合作用负载到水凝胶的骨架结构中。

5、本发明的目的之二在于提供一种上述聚谷氨酸复合多孔水凝胶的制备方法，包括：将聚乙烯醇溶液和聚谷氨酸溶液混合后，依次在碱性条件、酸性条件下交联反应后负载钙离子，即得所述的聚谷氨酸复合多孔水凝胶。

6、本发明优选的实施方式中，所述的制备方法具体包括以下步骤：

7、步骤1、将聚乙烯醇溶液和聚谷氨酸溶液混合，加热搅拌均匀得到混合溶液；

8、步骤2、加入碱性调节剂调节溶液至碱性，加入交联剂，加热反应；

9、步骤3、加入酸性调节剂调节溶液至酸性，加入交联剂，加热反应得到聚谷氨酸水凝胶；

10、步骤4、将步骤3得到的聚谷氨酸水凝胶浸入可溶性钙盐溶液中浸泡，取出干燥后，即得所述的聚谷氨酸复合多孔水凝胶。

11、具体地，上述制备方法中，

12、所述的聚乙烯醇没有特别限定，优选地，所述聚乙烯醇的数均分子量为5～15w，本发明中的聚乙烯醇可以采用常用的市售商品，例如pva17-88、pva17-92、pva17-99等；

13、所述的聚谷氨酸没有特别限定，优选地，所述聚谷氨酸的数均分子量为5～200w，优选为70～100w；

14、所述的碱性调节剂选自氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、氨水、三羟甲基氨基甲烷盐酸盐缓冲液中的至少一种；上述碱性调节剂所采用碱性溶液的浓度没有特别限定，能够实现将溶液调节至碱性条件即可，优选地，调节溶液至碱性的ph为8～10；

15、所述步骤2或步骤3中的交联剂相同或不同，独立地选自缩水甘油醚类化合物中的至少一种，所述的缩水甘油醚没有特别限定，优选自乙二醇二缩水甘油醚、聚乙二醇二缩水甘油醚、丁二醇二缩水甘油醚中的至少一种；

16、所述的酸性调节剂选自盐酸溶液、稀硫酸溶液、柠檬酸溶液中的至少一种；上述酸性调节剂所采用酸溶液的浓度没有特别限定，能够实现将溶液调节至酸性条件即可，优选地，调节溶液至酸性的ph至3～6；

17、所述的可溶性钙盐选自氯化钙、葡萄糖酸钙、乙酸钙、乳酸钙中的至少一种。

18、本发明更优选的一个实施方式中，所述步骤1中：

19、所述聚乙烯醇溶液的浓度为1～15wt％，优选为4～12wt％；

20、所述聚谷氨酸溶液的浓度为5～60wt％，优选为20～50wt％；

21、所述得到的混合溶液中，所述聚乙烯醇的浓度为0.5～7.5wt％，优选为2～5wt％；所述聚谷氨酸的浓度为2.5～30wt％，优选为10～25wt％。

22、本发明更优选的一个实施方式中，所述步骤2中：

23、所述步骤2中加热反应的温度为40～80℃，加热反应的时间为6～48h；优选地，所述步骤2中加热反应的温度为45～65℃，加热反应的时间为10～24h；

24、以摩尔百分比来计，所述步骤2中交联剂的摩尔用量为聚乙烯醇羟基摩尔数的5～30％，优选为10～20％。

25、本发明更优选的一个实施方式中，所述步骤3中：

26、以摩尔百分比来计，所述步骤3中交联剂的摩尔用量为聚谷氨酸羧基摩尔数的2～30％，优选为5～10％；

27、所述步骤3中加热反应的温度为40～80℃，加热反应的时间为20～60h；优选地，所述步骤3中加热反应的温度为45～65℃，加热反应的时间为40～48h；

28、所述步骤3得到的聚谷氨酸水凝胶还需水浸泡处理，优选地，所述浸泡处理为浸泡2～24h，浸泡3～5次。

29、本发明更优选的一个实施方式中，所述步骤4中：

30、所述可溶性钙盐溶液，优选为可溶性钙盐水溶液，其溶液浓度为1～10wt％，优选为3～8wt％；

31、所述浸泡的时间为2～24h，优选为3～10h；

32、所述的干燥为冷冻干燥，冷冻干燥设备和干燥条件没有具体的限定，采用本领域常用的冷冻干燥方式即可。

33、本发明的目的之三在于提供上述聚谷氨酸复合多孔水凝胶或者由上述制备方法得到的聚谷氨酸复合多孔水凝胶，应用于医用止血材料。

34、本发明采用医用级聚谷氨酸和聚乙烯醇为原料，二缩水甘油醚为交联剂，分别在酸性和碱性条件下使聚谷氨酸和聚乙烯醇交联，形成互穿网络水凝胶。本发明的制备方法中先在碱性条件下，聚乙烯醇分子链上的羟基与二缩水甘油醚类交联剂反应形成交联结构，由于聚乙烯醇在混合溶液中浓度较低，此时交联体系的粘度增加但不会形成凝胶，仍是未均匀分散的混合溶液；随后，将混合溶液调至酸性，聚谷氨酸分子链上的羧基在酸性条件下通过二缩水甘油醚交联剂交联，形成三维网络结构，使得聚乙烯醇交联产物和聚谷氨酸交联产物的混合体系成为互穿网络水凝胶。同时，聚谷氨酸分子链上的羧基和聚乙烯醇分子结构中的羟基可产生较强的氢键作用，进一步提高了水凝胶的机械强度。另外，在水凝胶网络中引入钙离子(ca2+)，使形成的凝胶具有多重功能性，赋予了水凝胶更加优异的止血性能。

35、本发明的有益效果是：

36、本发明提供了一种在聚乙烯醇和聚谷氨酸互穿网络结构上负载有钙离子的水凝胶，互穿的网络结构能够提高水凝胶材料的强度；而且，聚谷氨酸分子链上的羧基和聚乙烯醇分子结构中的羟基可产生较强的氢键作用，进一步提高了水凝胶的机械强度。本发明提供的水凝胶材料的制备方法简单易行，操作简单，且制备得到的水凝胶材料具有优异的止血性能，具有广阔的应用前景。