[发明专利]一种海藻酸盐水凝胶支架的制备方法

说明书

本发明公开了一种海藻酸钠水凝胶支架的制备方法。技术方案包括含有聚乙烯醇的丙烯酰胺改性，互穿网络结构成型，交联剂的使用。本发明的水凝胶支架是由海藻酸钠和聚乙烯醇/丙烯酰胺两种材料互穿互溶制备而成。将海藻酸钠和聚乙烯醇/丙烯酰胺浸泡在含有钙离子和硼酸盐的水溶液中，扩散进入水凝胶网络的钙离子与海藻酸钠高分子链上带负电荷的羧酸基团发生静电作用，诱导海藻酸钠交联；硼酸根离子与聚乙烯醇/丙烯酰胺高分子链上的羟基通过络合作用而发生交联，水凝胶内部的二元交联作用形成稳定的高强度﹑高韧性海藻酸钠‑聚乙烯醇/丙烯酰胺水凝胶支架；本发明工艺简单、可靠性好，得到的水凝胶支架无毒、机械性能优良、可修复和良好的生物相容性。

技术领域

本发明属于水凝胶材料的技术范畴，具体涉及一种海藻酸盐水凝胶医用支架的制备方法。

背景技术

水凝胶材料是一类具备三维聚合物网络结构的软材料，一般为含有少量固体成分、松散交联的聚合物材料，其内部含有大量的水，可用于人工肌肉﹑3D打印、医药、组织工程等领域。

水凝胶可形成具有特定形状结构的组织或器官，从而用于作为人体组织或器官的替代物，以解决器官或组织供体不足的问题。海藻酸盐及衍生产品由于具有良好的生物相容性和强度，在上述医学等领域上有着极大的应用价值。过去的十几年里，海藻酸盐类水凝胶作为一系列组织或器官修复与再生的支架，已经引起了研究人员对它们的特别关注。

海藻酸盐类水凝胶支架应用取得了不少成效，但仍存在着诸多不足之处。(1) 海藻酸盐类水凝胶材料结构强度亟待增强，现有的水凝胶力学性能较低，严重制约了其应用范围。 (2)水凝胶材料二次成型和修复是一大挑战，现有材料往往固定成型后无法再次软化，外力损伤也无法修复，这给实际应用带来不便。 (3)水凝胶支架本身应具有良好的生物相容性及可控的降解性，以使其被新生成的组织所替代，以此来达到修复受损组织或器官的目的。

发明内容

为克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种三步法制备基于海藻酸钠-聚乙烯醇/丙烯酰胺水凝胶的方法。该方法采取首先制备贯穿有海藻酸钠高分子链的双层网络结构的水凝胶，然后将其浸泡在含有钙离子和硼酸盐的水溶液中，在浸泡过程中钙离子和硼酸根离子进入水凝胶内部里，通过络合作用交联海藻酸钠和聚乙烯醇/丙烯酰胺，制备得到兼具高强度和高韧性的海藻酸钠-聚乙烯醇/丙烯酰胺水凝胶支架。

为了达到以上目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于海藻酸钠-聚乙烯醇/丙烯酰胺水凝胶支架的制备方法，具体包括以下步骤：

第一步：将聚乙烯醇加入60℃--95℃的热水中，搅拌直至完全溶解，配制成浓度为80g--150g/L的聚乙烯醇水溶液，搅拌情况下缓慢加入丙烯酰胺和过硫酸铵，控制聚乙烯醇、丙烯酰胺和过硫酸铵的重量比为10∶(3～6)∶(0.1～0.2)，升温至70℃，通N₂恒温反应4h，得到丙烯酰胺改性聚乙烯醇的粘稠状的液体；

第二步：于75℃～90℃水浴条件下将海藻酸钠粉末在去离子水中溶涨，加入第一步制备好的丙烯酰胺改性的聚乙烯醇的液体，充分搅拌至完全互溶，海藻酸钠和聚乙烯醇/丙烯酰胺两种材料互穿互溶；接着，将上述水凝胶倒入模具之中定形。将定形的水凝胶完全浸泡于浓度为 0.01mol/L～1mol/L的氯化钙水溶液中2h～10h，在此期间，钙离子扩散进入水凝胶网络结构中，诱导海藻酸钠交联而致水凝胶固化。

第三步：将第二步制备好的水凝胶完全浸泡于浓度为 0.01mol/L～1mol/L的pH=4的十水硼酸钠水溶液中1h，在此期间，硼酸根离子扩散进入水凝胶网络结构中，接着调节水凝胶溶液pH=7，轻微搅拌3h，诱导聚乙烯醇/丙烯酰胺中的羟基与硼酸根络合，产生聚乙烯醇/丙烯酰胺高分子的交联，生成三维结构的高强度高韧性的海藻酸钠-聚乙烯醇/丙烯酰胺水凝胶支架。

本发明的原理：