[发明专利]一种快速成胶水凝胶及制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种快速成胶水凝胶及制备方法与应用，原料包括明胶、聚甲基丙烯酸羟乙酯微凝胶与水，制备方法包括聚甲基丙烯酸羟乙酯微凝胶，制备混合溶液，超声加热，3D打印，浸泡饱和盐溶液。本发明的明胶网络及PHEMA微凝胶、90DSGelMMA交联剂赋予水凝胶良好的机械性能，进一步浸泡饱和盐溶液后，水凝胶强度进一步提升，拉伸强度最高可达1.1MPa，断裂伸长率为463％。通过挤出式生物3D打印机可快速获得特定形状的水凝胶，且90％DSGelMA可缩短打印时间。所述快速成胶水凝胶在胰酶溶液中，4h即可完全降解，降解产物无细胞毒性。

技术领域

本发明属于生物医用材料技术领域，涉及水凝胶，尤其涉及一种快速成胶水凝胶及制备方法与应用。

背景技术

水凝胶是目前广泛应用于高端医用敷料领域的一种新型材料。它是一种由物理相互作用或者化学反应使亲水性聚合物交联形成三维网络结构的材料，能够在水中充分溶胀而不溶解。水凝胶在作为组织工程材料时具有如下优点：(1)水凝胶内部含有大量的水，有效维持组织微环境平衡；(2)生物相容性良好，组织刺激性较低；(3)可原位凝胶化或通过注射填充任意形状的空腔。以上特点使水凝胶在生物医学，如生物支架、细胞培养、药物控释、生物传感器等领域具有广阔的应用前景。

近年来，水凝胶在各个领域的应用越来越广泛，但传统的高分子水凝胶往往存在着结构单一、力学性能弱等缺陷。

为了解决这些问题，研究人员通过各种方法制备具有功能化的水凝胶，然而制备时间通常较久，另外还有可能用到紫外设备，长时间使用下，紫外设备内部温度剧烈升高，容易引起安全隐患，并且长时间的反应在工业化生产中难以实现。

发明内容

为了解决现有水凝胶机械性能较差，不可降解，制备时间久，不易产业化的问题，本发明第一个目的是提供了一种快速成胶水凝胶，具有优异的拉伸强度，自恢复性和可降解性。

本发明第二个目的是提供了该快速成胶水凝胶的制备方法，操作简单，高效环保，对环境友好且易于产业化。

本发明第三个目的是本发明提供了一种快速成胶水凝胶在生物材料3D打印中的应用。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明首先提供了一种快速成胶水凝胶，所述快速成胶水凝胶的原料包括明胶、聚甲基丙烯酸羟乙酯微凝胶与水。

在本发明中，，明胶网络及PHEMA微凝胶的填充赋予水凝胶良好的机械性能，进一步浸泡饱和盐溶液后，水凝胶强度进一步提升，拉伸强度最高可达1.1MPa，断裂伸长率为463％。

最终得到的水凝胶在胰酶溶液中，4h即可完全溶解，降解产物无细胞毒性。

作为本发明的一种优选方案，按重量份数计，明胶为10-25份，聚甲基丙烯酸羟乙酯微凝胶为26-46份，水为10份。

本发明还提供了快速成胶水凝胶的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

1)合成聚甲基丙烯酸羟乙酯微凝胶：将聚甲基丙烯酸羟乙酯、交联剂、过硫酸钾与聚乙二醇溶解于水中，除氧，反应，透析冻干后得到聚甲基丙烯酸羟乙酯微凝胶；

2)将步骤1)得到的聚甲基丙烯酸羟乙酯微凝胶，明胶与水混合均匀，得到混合溶液；

3)将步骤2)得到的混合溶液加热，超声，再置于-20℃中3-8min；

4)3D打印得到相应形状的水凝胶初体；

5)将步骤4)得到的水凝胶初体浸泡于饱和盐溶液中，得到快速成胶水凝胶。

作为本发明的一种优选方案，按重量份数计，聚甲基丙烯酸羟乙酯微凝胶为1.2份，交联剂为0.05份，过硫酸钾为0.05份，聚乙二醇为1.5份，水为10份。