[发明专利]一种金属离子强化γ-聚谷氨酸水凝胶的制备方法

说明书

本发明公开了一种金属离子强化γ‑聚谷氨酸水凝胶的方法。所述方法采用水溶性高分子γ‑聚谷氨酸作为单体，γ(2,3‑环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷(GPTMS)作为交联剂，制备出水凝胶，并利用三价金属铈离子与镧离子与水凝胶进行螯合反应，制备出具有较好拉伸强度的水凝胶。本发明在螯合反应中，工艺简单，制得的水凝胶具有良好的韧性与拉伸强度，与未强化的水凝胶相比拉伸强度提高了两个数量级，所获得的金属离子强化γ‑聚谷氨酸水凝胶可用于软骨组织修复，软体机器人，生物传感器等方面的应用。

技术领域

本发明属于水凝胶的制备方法，特别涉及一种强化水凝胶的制备方法。

背景技术

水凝胶是一类由三维聚合物网络组成的材料，它能吸收大量的水。可生物降解水凝胶是一种典型的软性材料，已被应用于多种生物医学领域，如组织工程支架和药物载体等。聚谷氨酸（γ-PGA），又称纳豆菌胶、多聚谷氨酸，它是一种水溶性，生物降解，不含毒性，使用微生物发酵法制得的生物高分子。

γ-聚谷氨酸水凝胶具有良好的生物相容性，pH响应等特性，γ-聚谷氨酸水凝胶因其自身具备的优越特性, 近年来一直是研究的热点, 是一类非常有应用潜力的生物高分子材料。但其也存在一些不足，比如在较高含水量时机械强度有所下降，导致其在应用方面有很大的限制，因此提高γ-聚谷氨酸水凝胶的强度是其应用的关键。

检索国内外相关专利，并没有有关金属离子强化γ-聚谷氨酸水凝胶的相关报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属离子强化γ 聚谷氨酸水凝胶的制备方法，解决目前γ-聚谷氨酸水凝胶在较高含水量时机械强度下降的技术问题，所述制备的γ-聚谷氨酸水凝胶具有较强拉伸强度，同时，其溶胀系数变小。

为此，本发明提供的一种金属离子强化γ 聚谷氨酸水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

（1）将γ-聚谷氨酸（γ-PGA）溶于水中并搅拌均匀，直至γ-聚谷氨酸完全溶解，得到γ-聚谷氨酸水溶液，作为第一反应液；

（2）将γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷（GPTMS）边搅拌边缓慢的加入到第一反应液中，搅拌均匀；

（3）将搅拌均匀后的溶液取出，放入烘箱中在35-38℃下静置6-12h，得到γ-聚谷氨酸水凝胶；

（4）将制得的水凝胶浸入三价金属离子溶液中，进行螯合反应，即得到金属离子强化的γ-聚谷氨酸水凝胶，所述三价金属离子为铈离子或镧离子。

进一步地，所选γ-聚谷氨酸的分子量为20万~200万单位。分子量为20万~200万单位的γ-聚谷氨酸具有良好的亲水性与保水能力，易于在水中溶解。

进一步地，所述γ-聚谷氨酸质量浓度为5-20wt%。该浓度范围内的γ-聚谷氨酸更加容易形成凝胶。

优选地，加入γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷与第一反应液的质量比为1：（9-11）。γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷作为交联剂与γ-聚谷氨酸交联反应，在溶液环境中静置后形成水凝胶。

作为本发明的优选方案，三价金属离子溶液中的铈离子或镧离子的浓度为0.02-0.2M。

作为本发明的优先方案，所述水凝胶浸入三价金属离子溶液的时间为14-18h；烘干时间为30-45min。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

（1）以对人体无毒的γ-聚谷氨酸为反应单体，以对成骨细胞生长有利的无机硅烷体γ-(2.3环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(GPTMS)为反应的交联剂制取γ-聚谷氨酸水凝胶以廉价的三价金属氯化水合物为水凝胶螯合金属离子的来源采用金属离子的螯合反应，反应温度低，工艺简单，实施成本低廉。