[发明专利]一种天然高分子基超分子自愈合水凝胶及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种天然高分子基超分子自愈合水凝胶及其制备方法与应用。所述方法为：(1)壳聚糖与对醛基苯甲酸、4‑二甲氨基吡啶和二环己基碳二亚胺反应，得到醛基化壳聚糖；(2)将羧甲基壳聚糖或海藻酸钠与醛基化壳聚糖混合制备醛基化壳聚糖混合溶液；(3)将纳米和/或微米铜悬浊液或氯金酸溶液加入醛基化壳聚糖混合溶液中，搅拌，静置，得到超分子自愈合水凝胶。本发明所得天然高分子基超分子自愈合水凝胶具有快速自愈合、抑菌性和生物相容性，且其中金属离子的缓慢释放，延长了水凝胶的固定时间，弥补了天然高分子与金属离子易快速螯合、局部成胶难以利用的不足，使得该天然高分子基超分子自愈合水凝胶可作为一种抑菌材料用于创面的愈合。

技术领域

本发明属于水凝胶技术领域，具体涉及一种天然高分子基超分子自愈合水凝胶及其制备方法与应用。

背景技术

近年来，自愈合型材料因为其受到损伤后可以自我愈合和修复，可以大大的延长材料的使用寿命降低使用成本，而备受人们的关注。尤其是自愈合水凝胶材料，在人工智能、生物传感、组织工程和伤口敷料等领域应用越来越广泛。现有的自愈合水凝胶材料大部分是通过引入动态键来实现其自愈合性能，包括动态共价键(酰腙键、二硫键、席夫键键等)和动态非共价键(金属配位键、氢键、主客体作用等)。动态共价键的引入一般需要复杂的合成步骤，制备条件苛刻，需要依赖光刺激、高温或者引发剂的引入；而以动态非共价键制备的自愈合性水凝胶一般存在着机械性能差的不足，这都大大地阻碍了自愈合水凝胶的应用。

金属配位作用因为其一方面具有可以与共价键相媲美的力学性能，一方面大部分的金属螯合作用是动态可逆被广泛地引入到超分子水凝胶的制备中。目前，大部分的超分子水凝胶主要是以合成高分子材料为框架制备的，基于纯天然高分子基的水凝胶的研究较少。这主要是因为天然高分子材料一般存在着较多的亲水基团，如氨基、羧基和羟基等，他们与金属离子可以较快的螯合，这使得纯天然高分子与金属离子会形成局部快速成胶，时间长，成胶快以及分散不均匀的问题，使得纯天然高分子基超分子水凝胶的一直停在研究的初始阶段。

因此，开发一种简便制备超分子自愈合水凝胶的方法是具有意义的。

发明内容

为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种天然高分子基超分子自愈合水凝胶的制备方法。本发明采用绿色安全、来源丰富、价格便宜的壳聚糖及其衍生物为水凝胶骨架，金属纳米颗粒为螯合剂，制备了同时含有席夫键键作用和金属螯合作用的天然高分子基自愈合水凝胶。该方法制备的超分子水凝胶具有无需外界任何刺激的快速愈合能力和优异的抑菌能力。在组织工程修复、创面修复、药物控释释放、药物制备和生物传感等领域中具备良好的应用前景。

本发明的另一个目的在于提供上述方法制得的一种天然高分子基超分子自愈合水凝胶。

本发明的再一目的在于提供上述一种天然高分子基超分子自愈合水凝胶在药物制备和生物传感领域中的应用。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种天然高分子基超分子自愈合水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

(1)室温及氮气或惰性气体保护下，将对醛基苯甲酸、4-二甲氨基吡啶 (DMAP)和二环己基碳二亚胺(DCC)依次加入到壳聚糖溶液中，反应，纯化，干燥，透析，得到醛基化壳聚糖；

(2)将醛基化壳聚糖分散于水中，然后加入到羧甲基壳聚糖或海藻酸钠溶液中，混合均匀，得到醛基化壳聚糖混合溶液；

(3)在搅拌状态下，将纳米和/或微米铜悬浊液或氯金酸溶液加入到醛基化壳聚糖混合溶液中，继续搅拌，静置成凝胶状态，凝固后，得到天然高分子基超分子自愈合水凝胶；

步骤(3)中，羧甲基壳聚糖、醛基化壳聚糖和纳米和/或微米铜或氯金酸的质量比为(5～200):(1～30)：(2～16)。