一种基于羧甲基木聚糖的纳米复合水凝胶及制备与应用
【技术领域】
[0001]本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种基于羧甲基木聚糖的纳米复合水凝胶及制备与应用。
【背景技术】
[0002]水凝胶(Hydrogel)是一种能吸收大量的水而不溶解，并保持一定的形状的高分子网络体系。水凝胶在药物缓控释，生物医学以及组织工程等方面得到了广泛的应用和研究。然而，传统的一些化学交联结构水凝胶机械性能相对较弱，大大限制了水凝胶更深更广的应用。尤其在生物医学以及组织工程等方面，对于水凝胶机械性能的要求也逐步显现。
[0003]近年来，大量的研究工作致力于改善水凝胶的机械性能。聚合物复合水凝胶和双网络水凝胶一直以来被认为是有效提高凝胶机械性能的常用途径。聚合物复合水凝胶，即在水凝胶的聚合物网络结构中引入增强有机/无机填料，例如，蒙脱土，纳米纤维素，碳纳米管等从而提高水凝胶的机械性能。双网络水凝胶，是由两个独立的交联网络构成的，通过引入新的交联网络来提高水凝胶的机械性能。此外，羧甲基木聚糖具有良好的生物相容性、可再生、具有特殊的理化性能，羧甲基木聚糖还具有消炎作用，在医药领域具有良好的应用前景。到目前为止，还未见以丙烯酰胺交联网络以及羧甲基木聚糖和ai(no3)3交联网络形成的双网络的水凝胶的相关报道，在双网络水凝胶中继续添加增强填料氧化石墨烯合成双网络复合水凝胶也尚未见报道。
【发明内容】
[0004]基于以上现有技术，本发明的首要目的在于提供一种基于羧甲基木聚糖的纳米复合水凝胶的制备方法。
[0005]本发明的另一目的在于提供一种通过上述方法制备得到的基于羧甲基木聚糖的纳米复合水凝胶。
[0006]本发明的在一目的在于提供上述基于羧甲基木聚糖的纳米复合水凝胶在生物医学领域，如组织工程、药物缓释、细胞培养支架以及软骨组织等方面的应用。
[0007]本发明目的通过以下技术方案实现:
[0008]—种基于羧甲基木聚糖的纳米复合水凝胶的制备方法，包括以下制备步骤:
[0009](1)将氧化石墨粉末(G0)加入去离子水中，超声分散得到G0水分散液；
[0010](2)将单体丙烯酰胺(AM)，羧甲基木聚糖(CMH)加入到步骤(1)的G0水分散液中，搅拌分散均匀，冰浴条件下，加入引发剂、交联剂和促进剂，搅拌混合均匀得到混合溶液；
[0011](3)将步骤(2)的混合溶液在50?80°C烘干反应2?6h，得到水凝胶；
[0012](4)将步骤(3)得到的水凝胶浸入A1(N03)3溶液中浸泡交联，得到基于羧甲基木聚糖的纳米复合水凝胶(G0/PAM/CMH高强度复合水凝胶)。
[0013]优选地，步骤(1)中所述超声分散的温度为20°C?40°C；分散时间为2h?6h。
[0014]优选地，所述GO水分散液的浓度为0.35mg/ml?3.5mg/mL。
[0015]优选地，步骤(2)中所述混合溶液中，所述单体丙烯酰胺的浓度为0.055g/mL?0.095g/mL，羧甲基木聚糖的浓度为0.002g/mL?0.03g/mL。
[0016]优选地，所述的引发剂是指过硫酸铵，引发剂的浓度为0.001g/mL?0.0025g/mL。
[0017]优选地，所述的交联剂是指N，N’_亚甲基双丙烯酰胺，交联剂的浓度为0.00g/mL?0.003g/mLo
[0018]优选地，所述的促进剂是指四甲基乙二胺。
[0019]优选地，步骤(4)中所述A1 (N03)3溶液的浓度为2wt %?6wt %。
[0020]—种基于羧甲基木聚糖的纳米复合水凝胶，通过以上方法制备得到。
[0021 ]所述基于羧甲基木聚糖的纳米复合水凝胶的压缩强度为0.12MPa?1.12MPa。
[0022]上述基于羧甲基木聚糖的纳米复合水凝胶在生物医学领域，如组织工程、药物缓释、细胞培养支架以及软骨组织等方面的应用。
[0023]本发明的制备方法及所得到的产物具有如下优点及有益效果:
[0024](1)本发明结合纳米复合水凝胶和双网络水凝胶的制备方法来制备高强度的水凝胶，以水做溶剂，引入羧甲基木聚糖与Al3+交联成第二网络，不仅提高了水凝胶的机械强度，还改善了水凝胶的生物相容性和生物降解性;在双网络水凝胶中继续添加G0，进一步增强了水凝胶的机械性能；
[0025](2)本发明的制备工艺简单，反应条件易控制；
[0026](3)本发明所得复合水凝胶有较高机械性能，同时可生物降解、具有良好的生物相容性，可应用在生物医学领域，如组织工程、药物缓释、细胞培养支架以及软骨组织等。
【附图说明】
[0027]图1为本发明对比例及实施例得到的四种不同水凝胶的压缩应力应变曲线图；
[0028]图2为本发明对比例及实施例在不同G0含量下得到的水凝胶的压缩强度对比图；
[0029]图3为本发明对比例及实施例在不同CMH含量下得到的水凝胶的压缩强度对比图。
【具体实施方式】
[0030]下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
[0031]对比例1
[0032]—种PAM水凝胶的制备方法，包括以下步骤:
[0033](1)称取2g丙烯酰胺，溶解于20mL去离子水中，冰浴条件下，加入0.04g引发剂过硫酸铵，0.04g交联剂N，N’_亚甲基双丙烯酰胺和50uL促进剂四甲基乙二胺，搅拌至均匀；
[0034](2)将步骤(1)中的混合溶液放入烘箱中，60°C下反应4h成胶。
[0035]本对比例所得PAM水凝胶在压缩形变为44%左右时碎裂，最大压缩强度为0.017MPao
[0036]对比例2
[0037]—种PAM/CMH水凝胶材料的制备方法，包括以下步骤:
[0038](1)称取1.9g丙烯酰胺，0.lg羧甲基木聚糖加入20mL去离子水中，搅拌至均匀的溶液，冰浴条件下，加入0.05g引发剂过硫酸铵，0.05g交联剂Ν，N’ -亚甲基双丙烯酰胺和50uL促进剂四甲基乙二胺，搅拌至均匀；
[0039](2)将步骤(1)中的混合溶液放入烘箱中，60°C下反应4h成胶；
[0040](3)将步骤(2)得到的水凝胶浸入2wt%Al(N03)3溶液中浸泡交联。
[0041 ]本对比例所得PAM/CMH复合水凝胶在压缩形变达到70%时，也没有发生断裂和破碎，压缩后能迅速恢复，水凝胶的压缩强度为0.027MPa。
[0042] 对比例3
[0043 ] 一种GO/ΡΑΜ水凝胶材料的制备方法，包括以下步骤:
[0044](1)称取70mg氧化石墨粉末加入20mL去离子水中，30°C下超声3h均一稳定的GO水分散液；
[0045](2)称取2.0g丙烯酰胺，加入到步骤(1)的G0水分散液中，搅拌至分散均匀的溶液，冰浴条件下，加入0.05g引发剂过硫酸铵，0.05g交联剂N，N’_亚甲基双丙烯酰胺和50uL促进剂四甲基乙二胺，搅拌至均匀；
[0046](3)将步骤(2)中的混合溶液放入烘箱中，65°C下反应3.5h成胶；
[0047](4)将步骤(3)得到的水凝胶浸入3wt%Al(N03)3溶液中浸泡交联。
[0048]本对比例所得PAM/CMH复合水凝胶在压缩形变达到70%时，也没有发生断裂和破碎，压缩后能迅速恢复，水凝胶的压缩强度为0.089MPa。
[0049]对比例4
[0050]本实施例的一种基于羧甲基木聚糖的复合水凝胶(PAM/CMH复合水凝胶)材料的制备方法，包括以下步骤:
[0051](1)称取l.lg丙烯酰胺，0.9g羧甲基木聚糖加入20mL去离子水中，冰浴条件下，加入0.05g引发剂过硫酸铵，0.05g交联剂N，N’_亚甲基双丙烯酰胺和50uL促进剂四甲基乙二胺，搅拌至均匀；
[0052](2)将步骤(1)中的混合溶液放入烘箱中，60°C下反应6h成胶；
[0053](3)将步骤(2)得到的水凝胶浸入4wt%Al(N03)3溶液中浸泡交联。
[0054]本实施例所得PAM/CMH复合水凝胶在压缩形变达到70%时，也没有发生断裂和破碎，压缩后能迅速恢复，水凝胶的压缩强度为0.51MPa。
[0055]实施例1
[0056]本实施例的一种基于羧甲基木聚糖的纳米复合水凝胶(G0/PAM/CMH复合水凝胶)材料的制备方法，包括以下步骤:
[0057](1)称取7mg氧化石墨粉末加入20mL去离子水中，20°C下超声4h成均一稳定的GO水分散液；
[0058](2)称取1.5g丙烯酰胺，0.5g羧甲基木聚糖加入到步骤(1)的G0水分散液中，搅拌至分散均匀的溶液，冰浴条件下，加入0.05g引发剂过硫酸铵，0.05g交联剂Ν，N’ -亚甲基双丙烯酰胺和50uL促进剂四甲基乙二胺，搅拌至均匀；
[0059](3)将步骤(2)中的混合溶液放入烘箱中，60°C下反应5h成胶；
[0060](4)将步骤(3)得到的水凝胶浸入3wt%Al(N03)3溶液中浸泡。
[0061 ]本实施例所得G0/PAM/CMH复合水凝胶在压缩形变达到70 %时，也没有发生断裂和破碎，压缩后能迅速恢复，水凝胶的压缩强度为0.12MPa。
[0062] 实施例2
[0063]本实施例的一种基于羧甲基木聚糖的纳米复合水凝胶(G0/PAM/CMH复合水凝胶)材料的制备方法，包括以下步骤:
[0064](1)称取70mg氧化石墨粉末加入20mL去离子水中，30°C下超声3h均一稳定的GO水分散液；
[0065](2)称取1.5g丙烯酰胺，0.5g羧甲基木聚糖加入到步骤(1)的G0水分散液中，搅拌至分散均匀的溶液，冰浴条件下，加入0.05g引发剂过硫酸铵，0.05g交联剂Ν，N’ -亚甲基双丙烯酰胺和50uL促进剂四甲基乙二胺，搅拌至均匀；
[0066](3)将步骤(2)中的混合溶液放入烘箱中，70°C下反应5h成胶；
[0067](4)将步骤(3)得到的