[发明专利]PVA水凝胶、使用其的复合材料、其制造方法及其应用

说明书

本发明提供了一种PVA水凝胶和基于该PVA水凝胶的复合材料，该PVA水凝胶不仅具有优异的力学性能、形状记忆性、亲水性和生物相容性，而且具有3D可打印性和可注射性。本发明还提供了一种新颖的用于制造PVA水凝胶的方法。本发明还提供了PVA水凝胶在导管、可3D打印的溶液、可注射电子器件、微流体通道、生物可吸收传感器、微型机器人、组织工程支架、手术缝合线、医用手套和避孕套等各种领域中的应用。

技术领域

本发明涉及一种聚乙烯醇(PVA)水凝胶、基于该PVA水凝胶的复合材料、用于制造该PVA水凝胶的方法以及该PVA水凝胶的应用。

背景技术

聚乙烯醇(PVA)是由碳、氧和氢原子组成的最重要的合成聚合物之一，并且在有氧和无氧条件下均可生物降解，广泛用于商业、工业、医疗和营养保健领域。PVA可以很容易地溶解在水中。目前，PVA水凝胶通常通过两种常用机制合成，包括使用交联剂如谷氨酸盐的化学键合和/或如冷冻和融化的物理方式。PVA对于生物医学、组织工程和软机器人应用是非常重要的。

目前通过上述常规方法制备的PVA水凝胶(下文中简称为常规PVA水凝胶)存在力学性能相对较差、制备过程复杂等缺陷，人们期望能开发一种方法，其能以简便的方式制备性能优异的PVA水凝胶，使得PVA水凝胶能更合适地应用在植入式电子学、纳米医学和微创技术以及生物医学等领域。

发明内容

本发明人意外地发现，通过使用碱性溶液对PVA进行凝胶化可以简便的方式获得PVA水凝胶。通过引入这种新颖的凝胶化机制，可获得能应用于各种领域的具有优异性能的PVA水凝胶。

本发明提供了一种PVA水凝胶，该PVA水凝胶具有1MPa-20MPa的弹性模量和10MPa-100MPa的极限强度。

进一步地，本发明的PVA水凝胶在加入水时具有65-95％的变形恢复率。优选地，本发明的PVA水凝胶在加入水时具有70-92％的变形恢复率。此处，变形恢复率通过下式计算：变形恢复率＝PVA水凝胶在加入水时的变形恢复长度/PVA水凝胶的拉伸变形长度。

进一步地，本发明的PVA水凝胶的接触角为15-20度。

本发明还涉及一种复合材料，其包括该PVA水凝胶。

优选地，所述复合材料包括该PVA水凝胶和掺入在该PVA水凝胶内的磁性纳米粒子。

优选地，所述复合材料包括该PVA水凝胶和掺入在该PVA水凝胶内的石墨烯。

优选地，所述复合材料包括该PVA水凝胶和掺入在该PVA水凝胶内的碳纳米管。

优选地，所述复合材料包括该PVA水凝胶和掺入在该PVA水凝胶内的尿素。

优选地，所述复合材料包括由该PVA水凝胶形成的层和涂覆在该PVA水凝胶上的聚苯胺。

优选地，所述复合材料包括依次层叠的由含有银纳米颗粒的PVA水凝胶形成的层、由PVA水凝胶形成的层和由含有碳纳米管的PVA水凝胶形成的层。

本发明还涉及一种新颖的制备PVA水凝胶的方法，其包括将分子量为100-1000K的聚乙烯醇与水混合获得PVA溶液，接着将PVA溶液倒入培养皿，经干燥后制得PVA膜，之后将PVA膜浸入摩尔浓度为1～10M的碱性溶液中，获得PVA水凝胶。与现有的制备PVA水凝胶的方法相比，本发明的方法能以更简便的方式制造PVA水凝胶。

在本发明的方法中，作为碱性溶液的例子，包括NaOH、KOH、LiOH、氨水、碳酸钠、碳酸氢钠等的溶液。

考虑到PVA水凝胶的力学性能，优选地，碱性溶液为NaOH溶液或KOH溶液，摩尔浓度为3～10M。更优选地，碱性溶液为NaOH溶液或KOH溶液，摩尔浓度为3～6M。

优选地，本发明的方法还包括用纯水洗涤PVA水凝胶。