[发明专利]一种微量离子响应水凝胶及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微量离子响应水凝胶及其制备方法，更加具体地说，涉及1-乙烯基咪唑和丙烯腈共聚物（PVI-co-PAN）水凝胶及其制备方法。

背景技术

形状记忆高分子材料(Shape Memory Polymer)作为一种功能性高分子材料，由于具有可恢复形变量大、良好的适应性、价格便宜、易与其他材料结合形成复合材料等特点使其发展越来越受到重视。形状记忆高分子材料能够在某些条件下发生变形并被固定下来后，当需要时可通过热、化学、机械、光、磁或电等外加刺激，触发材料做出响应，使其恢复到初始形状。

水凝胶是一类具有亲水基团，在水中能够吸收大量的水分显著溶胀，并能够保持其原有结构而不被溶解的具有三维网络结构的聚合物。它能感知外界环境如温度、pH值、光、电、压力等微小的变化或刺激，产生相应的物理结构和化学性质变化并通过体积的溶胀或收缩来实现。形状记忆水凝胶是形状记忆高分子中的一类，它利用水凝胶的体积膨胀和收缩特性实现形状记忆功能，目前形状记忆水凝胶少有报导，而且报导的很多都是通过温度响应来实现形状记忆的,但由于凝胶中含有大量的水，相比于形状记忆高分子材料这种温敏机理对于凝胶的适用性就差了很多。因此，采用另一种简单有效的方法来实现形状记忆功能有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种以1-乙烯基咪唑为主体的水凝胶，具体为1-乙烯基咪唑和丙烯腈共聚物（PVI-co-PAN），该共聚物除表现出水凝胶的固有特性，还具有离子响应的特性，能够与微量金属离子络合和解络合能实现形状固定和恢复，即形状记忆功能，同时探索了其作为支架在载有细胞情况下的形状变化情况及细胞存活率。

本发明的目的通过下述技术方案予以实现：

一种微量离子响应的水凝胶，由1-乙烯基咪唑、丙烯腈和交联剂通过自由基聚合共聚而成，所述交联剂分子的分子链两端带有碳碳双键、分子链中间为聚乙二醇分子的主链结构，即（CH₂CH₂O）_n。

制备本发明水凝胶的方法，按照下述步骤进行：

将1-乙烯基咪唑、丙烯腈、交联剂和引发剂溶解在溶剂中，通过引发剂引发1-乙烯基咪唑、丙烯腈和交联剂分子上的不饱和键，在绝氧的条件下通过自由基聚合反应制备出具有微量离子响应的水凝胶。

在本发明的技术方案中，以1-乙烯基咪唑和丙烯腈作为共聚单体，以交联剂交联共聚单体，交联剂分子的分子链两端带有双键、分子链中间为“氧－碳－碳－氧”单键相连的骨架结构，即聚乙二醇分子的主链结构，（CH₂CH₂O）_n，采用光源使引发剂提供自由基，再由自由基引发1-乙烯基咪唑、丙烯腈和交联剂（如不同数均分子量的聚乙二醇二丙烯酸酯，M_n为575－2000）中的双键，使三者几乎同时引发，发生聚合反应，最终制备的水凝胶材料中，具有聚乙烯基咪唑、聚丙烯腈和交联剂三种物质的链段，其中乙烯基咪唑提供离子响应性和生物相容性，丙烯腈提高骨架中的机械性能，交联剂中的聚乙二醇结构提供柔性链段，上述三部分协同作用，使整个水凝胶材料体现出微量离子响应性、生物相容性和一定的力学强度。

利用引发剂提供的自由基引发1-乙烯基咪唑、丙烯腈和交联剂发生反应。其中引发剂可以选择高分子聚合领域中常用的热引发剂，如偶氮二异丁腈（ABIN）、过氧化苯甲酰（BPO），或者光引发剂，如1－[4－（2－羟乙氧基）－亚苯基]－2－羟基－2′，2′-二甲基乙酮（Irgacure 2959）、甲基乙烯基酮、安息香。如果选择热引发剂，则需要首先利用惰性气体（如氮气、氩气或者氦气）排除反应体系中的氧，以避免其的阻聚作用，然后根据引发剂的活性和用量，将反应体系加热到所用引发剂的引发温度之上并保持相当长的时间，如1h以上或者更长（1－5h），以促使引发剂能够长时间产生足够多的自由基，引发反应体系持续发生自由基聚合反应，最终制备本发明的水凝胶。如果选择光引发剂，则可以选用透明密闭的反应容器，在紫外光照射的条件下引发自由基聚合，由于光引发效率高于热引发，因根据所选引发剂的活性和用量调整照射时间时，照射时间可短于热引发的加热时间，如20分钟或者更长（30min－1h）。