一种双重交联的复合水凝胶及其制备方法和应用

本发明属于水凝胶，具体涉及的是一种双重交联的复合水凝胶及其制备方法和应用。

背景技术：

1、皮肤作为人体与外界直接接触而且接触面积最大的功能性器官，无可避免地会产生伤口，需要使用伤口敷料对伤口进行管理。其中，水凝胶具有与生物组织相似的物理化学性质、良好的生物相容性和生物降解性，所以水凝胶在伤口敷料技术领域研究广泛。然而，传统的水凝胶敷料虽然可以治愈伤口，但是不可避免地会留下疤痕，给患者带来生理和心理上的不适，严重限制了其应用，所以如何减少伤口愈合时产生的疤痕仍是当下研究的难题。

2、受到胚胎伤口无痕化愈合的启发，许多类型的机械活性敷料都已经被设计出来。机械活性敷料指的是一种可以产生体积收缩的黏附性的水凝胶，可以将水凝胶体积收缩转换成伤口边缘的拉合力。其中，聚n-异丙基丙烯酰胺具备与人体体温较为接近的体积相变温度，使得其可以通过人体体温的热传导实现敷料的收缩，成为了机械活性水凝胶敷料的理想材料，然而聚n-异丙基丙烯酰胺水凝胶的机械性能和生物相容性较差，使其不能单独用作伤口敷料，与此同时聚n-异丙基丙烯酰胺水凝胶的体积相变如果单纯的依靠体温的热传导来实现，不能够适应不同类型和不同部位的伤口的实际需求，上述两个方面的特性限制了聚n-异丙基丙烯酰胺水凝胶在机械活性敷料中的应用。此外，为了将复合水凝胶的体积相变转换成伤口边缘的闭合力，需要复合水凝胶与组织具有一定的粘合力，而目前常见的黏附类水凝胶会与伤口发生粘连，如何使敷料获得可控的区域黏附能力也是一个难点问题。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于克服现有技术中的不足，提供一种双重交联可调节收缩和可控区域黏附的复合温敏水凝胶及其制备方法和应用，该双重交联的复合水凝胶是一种具有良好机械性能和生物相容性的机械活性水凝胶体系，并且具有可调节收缩性和可控的区域黏附能力。

2、本发明的设计构思为：通过将氧化石墨烯超声破碎分散在去离子水中形成溶剂；通过交联剂n，n'-亚甲基双丙烯酰胺交联n-异丙基丙烯酰胺，通过缓慢滴入硫酸钙（caso4）交联海藻酸钠，获得了具有优异的机械性能、生物相容性和光热性能的、双重交联的聚n-异丙基丙烯酰胺/海藻酸钠/氧化石墨烯水凝胶。由于氧化石墨烯优异的的光热性能，可以通过近红外调节水凝胶的温度进而实现对水凝胶收缩能力的调节。在此基础上，通过引入桥接聚合物壳聚糖溶液，实现可控的区域黏附。

3、本发明通过以下技术方案予以实现：

4、一种双重交联的复合水凝胶，它包括n-异丙基丙烯酰胺、n-异丙基丙烯酰胺的交联剂、海藻酸钠、海藻酸钠的交联剂、氧化石墨烯、引发剂、促进剂和去离子水，其中，氧化石墨烯与海藻酸钠、n-异丙基丙烯酰胺的重量比为3：80：480，海藻酸钠的交联剂与海藻酸钠的重量比为14：100，n-异丙基丙烯酰胺的交联剂与n-异丙基丙烯酰胺的重量比为1：1000，引发剂与n-异丙基丙烯酰胺的重量比为1.14：100；促进剂与n-异丙基丙烯酰胺的重量比为3.1：480，去离子水与n-异丙基丙烯酰胺的重量比为25：3。

5、进一步地，所述引发剂为过硫酸铵，促进剂为四甲基乙二胺，促进剂的浓度为1mg/ml；所述n-异丙基丙烯酰胺的浓度为12%wt/v，氧化石墨烯浓度为0.75mg/ml。

6、一种如上所述双重交联的复合水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

7、s1、将氧化石墨烯材料分散于去离子水中，然后采用超声破碎氧化石墨烯溶液，制得溶液a，留待后步使用；

8、s2、将海藻酸钠溶解于步骤s1制备的溶液a中，并在70℃温度条件下搅拌均匀，制得混合溶液b，留待后步使用；

9、s3、将混合溶液b冷却至室温，转移至冰浴条件下继续搅拌，与此同时加入n-异丙基丙烯酰胺，在冰浴条件下搅拌均匀，制得混合溶液c，留待后步使用；

10、s4、保持冰浴条件，向混合溶液c中分别加入n，n'-亚甲基双丙烯酰胺和四甲基乙二胺，搅拌均匀，制得混合溶液d，留待后步使用；

11、s5、将0.05616g硫酸钙分散于3ml去离子水中，然后缓慢滴加入步骤s4制备的冰浴混合溶液d中搅拌均匀，制得混合溶液e，留待后步使用；

12、s6、首先，将0.273g过硫酸铵分散于1ml去离子水中，然后加入步骤s5制备的冰浴混合溶液e中搅拌均匀，制得混合溶液f；

13、然后，将混合溶液f注入模具中，在0~4℃条件下静置18h~24h进行交联反应，制得水凝胶；

14、最后，取出水凝胶放置在去离子水中30min，去除未反应的物质，制得双重交联的复合水凝胶。

15、进一步地，在所述步骤s1制备的混合溶液a中，氧化石墨烯的浓度为1mg/ml~3mg/ml；

16、在所述步骤s3制备的混合溶液c中，n-异丙基丙烯酰胺的浓度为10%wt/v~15%wt/v；

17、在所述步骤s4制备的混合溶液d中，四甲基乙二胺的浓度为1μl/ml，n，n'-亚甲基双丙烯酰胺的重量与n-异丙基丙烯酰胺的重量比为（0.001-0.01）：100；

18、在所述步骤s5制备的混合溶液e中，caso4的浓度为0.2%wt/v~0.3%wt/v；

19、在所述步骤s6制备的混合溶液f中，aps溶液的浓度为2%wt/v~3%wt/v。

20、更进一步地，在所述步骤s1中，混合溶液a中氧化石墨烯的浓度为1mg/ml；在所述步骤s4制备的混合溶液d中，n，n'-亚甲基双丙烯酰胺的重量与n-异丙基丙烯酰胺的重量比为（0.001-0.005）：100。

21、进一步地，在所述步骤s6中，模具为两块相对设置的亚克力板，并在两块相对设置的亚克力板之间设置厚度为2mm的硅胶层，通过注射器将水凝胶溶液注射进模具里。。

22、一种如上所述双重交联的复合水凝胶的应用：所述双重交联的复合水凝胶应用于制备机械活性敷料或者药物控释系统。

23、进一步地，双重交联的复合水凝胶和用于黏附的桥接聚合物壳聚糖溶液组成复合水凝胶系统，双重交联的复合水凝胶与桥接聚合物壳聚糖溶液的重量比为100：1；所述桥接聚合物壳聚糖溶液的组成及其重量配比为：2-（n-吗啡啉）乙磺酸478份、壳聚糖207份、1-乙基-3-（3-二甲基氨基丙基）碳二亚胺盐酸盐120份、n-羟基琥珀酰亚胺120份和去离子水10000份。

24、更进一步地，所述桥接聚合物壳聚糖溶液中：2-（n-吗啡啉）乙磺酸缓冲液的浓度为0.5mol/l，壳聚糖的浓度为2%wt/v，1-乙基-3-（3-二甲基氨基丙基）碳二亚胺盐酸盐的浓度为12mg/ml，n-羟基琥珀酰亚胺的浓度为12mg/ml。

25、进一步地，所述桥接聚合物壳聚糖溶液的制备方法包括以下步骤：

26、首先，将壳聚糖粉末分散于2-（n-吗啡啉）乙磺酸缓冲液中，搅拌均匀后，用氢氧化钠溶液调整溶液的ph值为6-6.5；然后，向混合溶液中加入1-乙基-3-（3-二甲基氨基丙基）碳二亚胺盐酸盐和n-羟基琥珀酰亚胺溶解，制得桥接聚合物壳聚糖溶液。

27、本发明的有益效果在于：本发明提供的制备方法制得的可调节收缩和可控区域黏附的复合水凝胶机械活性敷料具有优异的光热性能，可以通过近红外调节水凝胶的温度，实现水凝胶的可调节收缩；并且通过将桥接聚合物定向的涂抹在组织上，实现了可调控的区域黏附。此外，本发明的制备方法通过聚n-异丙基丙烯酰胺的自由基聚合和海藻酸钠的钙交联同时进行，制备了双重交联的聚n-异丙基丙烯酰胺/海藻酸钠/氧化石墨烯水凝胶，其具有优异的机械性能和组织顺应性；同时引入了桥接聚合物壳聚糖溶液实现组织与水凝胶的黏附，成功得到了一种可调节收缩和可控区域黏附的复合水凝胶机械活性敷料。该机械活性敷料体系制备简单，参数易调控，成本低。

28、本发明还提供了上述技术方案所述的可调节收缩和可控区域黏附的复合水凝胶在制备伤口敷料中的应用。

29、本发明提供的可调节收缩和可控区域黏附的复合水凝胶可将近红外光转换为温度信号，进而实现体积的可调节收缩，当近红外光照射时，照射部位温度快速升高，聚n-异丙基丙烯酰胺发生快速的相变，体积缩小，因此可以根据近红外照射强度和时间来调节敷料的收缩，同时，可以通过桥接聚合物与组织实现稳定的区域黏附，使其在机械活性敷料和药物控释系统等领域中具有广阔的应用前景。