[发明专利]一种基于PHEAA的高韧性水凝胶及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种基于PHEAA的高韧性水凝胶及其制备方法和应用，属于高分子材料技术领域。所述水凝胶的结构如式I所示，其中，x为100‑300；y为20‑50；z为50‑300。本发明使用N‑(2‑羟乙基)丙烯酰胺(HEAA)与马来酸酐共聚，得到具有均匀网络结构的水凝胶，该水凝胶具有很高的断裂韧性和良好的生物相容性。优良的力学性能和生物相容性使本发明水凝胶可以克服现有软骨、跟腱等组织修复材料的缺陷，制备性能更加优良的组织修复材料，有望在人造软骨、人造跟腱等方面广泛应用，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种基于PHEAA的高韧性水凝胶及其制备方法和应用。

背景技术

关节软骨缺损是由创伤、炎症、肿瘤等疾病引起，是临床上比较常见的一种病变。优于软骨中血液供应有限，使得软骨组织的自我修复能力较差，大面积的软骨损伤(4mm)无法自我修复，因为软骨缺损成为医疗领域备受关注的问题之一。对于软骨组织修复，目前主要通过软骨抑制、软骨细胞移植或骨膜移植等方法进行，虽然取得了一定的疗效，但限于临床修复过程中无法做到移植物与自身软骨组织很好的整合，使得治疗效果不佳。近年来，人工软骨支架材料修复软骨缺损在骨科中的应用越来越广。与关节软骨结构与功能接近的凝胶材料被认为是一种有发展前景的关节软骨修复材料。

水凝胶材料作为软骨组织工程支架材料的潜在优点有：水分含量高、摩擦系数小等。然而，大部分水凝胶材料包含80％以上的水分，尽管具有较高的柔性，但机械性能较差，如断裂韧性低、断裂应变低、强度低。此外，由于水凝胶在凝胶化过程中交联点往往随机地引入到网络结构中，导致凝胶网络结构的不均匀。网络不均匀的凝胶在承受变形时，会从最薄弱的环节开始断裂，从而降低了凝胶整体的力学性能。较弱的机械性能导致水凝胶难以承受很大的机械载荷和适应较大程度的变形。目前，主要用于软骨修复的材料为聚乙烯醇(PVA)，其力学性质与关节软骨非常相似，并且具有良好的生物相容性，植入人体后有可能部分替代关节软骨的作用，但是，将PVA水凝胶单独用于替代病变软骨组织时，力学强度达不到真实软骨组织的需要。

为了提升水凝胶的机械性能，往往需要加入各种化学添加剂，大部分添加剂对人体有害，导致水凝胶的生物相容性下降。所以，水凝胶的机械性能和生物相容性往往难以同时兼顾，进而阻碍了水凝胶材料在人造软骨、人造跟腱等领域的应用。因此，亟需从水凝胶的网络结构设计出发，提出新的设计原理，选用无毒的原料，制备出高韧性、生物相容性的水凝胶材料，以适用于人造软骨、人造跟腱等方面。

聚N-(2-羟乙基)丙烯酰胺(PHEAA)是一种用于生物相容性及热稳定性良好的电中性聚合物，研究表明PHEAA具有抵抗非特异性蛋白吸附的作用。Zhao等人(C.Zhao等,DualFunctionality of Antimicrobial and Antifouling of Poly(N-hydroxyethylacrylamide)/Salicylate Hydrogels[J].Langmuir,2013,29(5):1517-1524.)合成了既抗污又抗菌的PHEAA/水杨酸水凝胶，发现该水凝胶具有高效抵抗蛋白吸附、细菌及细胞粘附的能力。

但是，目前尚未见利用PHEAA和马来酸酐(MA)共聚得到既具有良好生物相容性，又具有高韧性的水凝胶。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种通过N-(2-羟乙基)丙烯酰胺(HEAA)和马来酸酐(MA)共聚制备得到的具有高韧性、生物相容性优异的水凝胶，该水凝胶可作为软骨、跟腱等组织的修复材料。

本发明提供了一种基于PHEAA的高韧性水凝胶，所述水凝胶的结构如式I所示：

其中，

x为100-300；y为20-50；z为50-300。