[发明专利]一种基于反应性纺丝的水凝胶光导纤维的连续制备方法

说明书

本发明涉及一种基于反应性纺丝的水凝胶光导纤维的连续制备方法，包括：皮层纺丝液、芯层纺丝液，利用横向同轴针头作为纺丝喷丝口，以CaCl₂水溶液为凝固浴固化皮层海藻酸钠，加以紫外光源引发芯层纺丝液中PEGDA的自由基聚合反应；牵伸后最终得到具有良好的生物相容性的皮芯结构水凝胶光纤。本发明制备得到的皮芯结构水凝胶光纤具有连续、直径可控的特点，并且具有优异的生物相容性和光导特性。

技术领域

本发明属于水凝胶光导纤维的制备领域，特别涉及一种基于反应性纺丝的水凝胶光导纤维的连续制备方法。

背景技术

近年来，光在医学治疗中的应用逐渐兴起，被广泛用于光动力治疗、光热消融、手术治疗以及体液监测传感器等领域。然而，光应用于体内治疗及信号传感时由于光对肉体组织的穿透性差，一般只能穿透组织基体下0.1-2cm，会极大地影响治疗及传感效果。因此需要有一种材料能够起到将体外光传导至体内且光损耗较小。

光导纤维是一种依靠光的全反射原理起到对光传导作用的材料，在信号传输、医学治疗和医疗器械等领域中有着广泛的应用。但是通常光导纤维材料是以二氧化硅、聚合物为原料制备得到，由于其质脆而难以承受较小曲率半径的弯折，一旦断裂即会引起对基体组织的损伤，甚至造成危险的伤害。并且传统光导纤维材料的细胞相容性较差，与生物体不兼容，难以适应生物体复杂的体内环境，因而传统光导纤维实现生物体内的应用仍存在较大缺点。Seok-Hyun Yun等人通过模板法制备得到了具有皮芯结构的水凝胶光导纤维，该材料不仅具有水凝胶软湿的特性，而且其导光性能优异。然而该材料的尺寸和长度会受到模板材料的极大限制，难以实现规模化连续制备。CN106243296公开了一种二次交联提高水凝胶纤维力学性能的方法，但是这种方法仅仅适用于制备单相结构的水凝胶纤维，而无法制备得到具有皮芯结构的水凝胶纤维。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于反应性纺丝的水凝胶光导纤维的连续制备方法，克服现有技术模板法限制该种材料规模化制备的问题，本发明中用具有良好生物相容性的海藻酸钠和聚乙二醇双丙烯酸酯(PEGDA)单体分别配置成皮层和芯层纺丝液，并利用横向同轴针头作为纺丝喷丝口；以CaCl₂水溶液为凝固浴固化皮层海藻酸钠，加以紫外光源引发芯层纺丝液中PEGDA的自由基聚合反应；牵伸后最终得到具有良好的生物相容性的皮芯结构水凝胶光纤。

本发明的一种水凝胶光导纤维的连续制备方法，包括：

(1)质量分数为1-5％的海藻酸钠水溶液为皮层纺丝液；

(2)质量分数为10-90％的聚乙二醇双丙烯酸酯PEGDA水溶液中加入光引发剂和无水CaCl₂，避光搅拌均匀，作为芯层纺丝液；

(3)将皮层纺丝液、芯层纺丝液经同轴针头挤出至凝固浴的水浴中，并在距离喷丝口1-10mm处设置波长为紫外点光源，皮层纺丝液由于水浴和芯层中Ca²⁺的存在而固化，芯层溶液进入到紫外固化区后固化成型后形成芯层水凝胶纤维，得到初生水凝胶纤维，卷绕收集，得到皮芯结构的水凝胶光纤。

上述制备方法的优选方式如下：

所述步骤(1)中海藻酸钠的分子量为M_w＝4000-400000。

所述步骤(2)中PEGDA分子量为M_w＝250-5000；光引发剂为2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮IRGACURE 2959。

所述步骤(2)中光引发剂的质量为PEGDA溶液质量的0.2％-1％，CaCl₂的质量为水溶液质量的0.5-3wt.％。

所述步骤(3)中同轴针头的外层纺丝孔的直径为1.0-3.0mm，芯层直径为0.2-1.0mm，同轴针头位于液面以下2-10cm深处水平放置；凝固浴为CaCl₂水溶液。