一种复合水凝胶的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种复合水凝胶的制备方法，属于高分子技术领域。该方法首先将羟基磷灰石（HA）和壳聚糖（CS）配成溶液，然后掺杂到聚丙烯酰胺（PAM）网络结构中。该方法不仅制备过程操作简便，节约成本，而且所得材料克服了壳聚糖（CS）支架容易弯曲且机械性质不佳的特性，保留了羟基磷灰石（HA）良好的抗拉、抗压的力学性能；在制备过程中将具有良好生物兼容性的羟基磷灰石（HA）和壳聚糖（CS）掺杂于聚丙烯酰胺网络结构中，赋予了该水凝胶材料良好的力学性能。因此，该复合材料可作为一种软骨替代材料，在组织工程中具有潜在的应用价值。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，属于高分子
。该方法首先将羟基磷灰石（HA）和壳聚糖（CS）配成溶液，然后掺杂到聚丙烯酰胺（PAM）网络结构中。该方法不仅制备过程操作简便，节约成本，而且所得材料克服了壳聚糖（CS）支架容易弯曲且机械性质不佳的特性，保留了羟基磷灰石（HA）良好的抗拉、抗压的力学性能；在制备过程中将具有良好生物兼容性的羟基磷灰石（HA）和壳聚糖（CS）掺杂于聚丙烯酰胺网络结构中，赋予了该水凝胶材料良好的力学性能。因此，该复合材料可作为一种软骨替代材料，在组织工程中具有潜在的应用价值。【专利说明】
本专利技术涉及，属于高分子材料领域。
技术介绍
聚丙烯酰胺（PAM)水凝胶因具有良好的生物兼容性，引起了生物应用界的广泛兴 趣，生物应用界将其用于组织工程的支架材料、软骨组织替代材料、药物载体等领域(7； ifeteriaZs，2003，15,1155-1158)。尤其是具有一定强度的水凝胶支架 已被应用于骨、软骨和肌肉等产品的研究开发。水凝胶的强度与凝胶的交联度及其使用条 件等都有一定的关系。然而一般的水凝胶因为广泛分布的长链通过传统的共价交联形成无 规则的交联点，缺乏有效的能量耗散机制，因此它呈现脆性、低延展性、低力学强度，实际应 用很有限，故需进一步提高凝胶材料的机械性能。近些年来，如何提高水凝胶的力学性能并 研发出具有特定功能的水凝股已成为科学界和商界的研究重点(/Z /7. H. Yu. SmaLL, 2014, 10,448-453)〇 羟基磷灰石（HA)/壳聚糖（CS)复合材料在骨组织工程领域中具有重要作用，壳聚 糖（CS)在软骨组织工程领域具有非常多的优势，被视为骨替代材料的理想选择。 cs支架 容易弯曲且机械性质不如天然骨，因此不能负载支撑植入物。陶瓷材料与CS支架复合可 以改善提高其机械性质，可是CS本身却不具有骨诱导性，所以CS支架自身不能模拟天 然骨的所有性质。磷酸钙陶瓷常用来模拟矿化自然骨的无机成分，且具有骨诱导性，因此HA /CS复合材料在模拟矿化自然骨的组成及性质上具有很大优势，已有一些研究报道ha /CS 复合材料应用于骨组织工程。壳聚糖在不进行任何化学改性的情况下就可以作为辅料加入 到羟基磷灰石骨水泥中，增强其可注射性，将HA和CS复合使用可以充分发挥两者的优点， 克服彼此的缺点。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种具有优良力学性能的羟基磷灰石/壳聚糖/聚丙烯酰胺软骨 替代材料的制备方法。该制备技术保留了羟基磷灰石（HA)和壳聚糖（CS)两者的优点，并增 强了聚丙烯酰胺聚合物单一材料的力学性能，拓宽了复合材料的应用范畴，有望在组织工 程中得到应用。该制备方法过程简单，合成的杂化水凝胶材料的力学机械性能得到了显著 的提高。 本专利技术提供的，是将羟基磷灰石（HA)和壳聚糖（CS) 配成溶液，然后掺杂到聚丙烯酰胺（PAM)网络结构中，具体包括以下步骤： (1) 配制羟基磷灰石（HA)水溶液：将羟基磷灰石（HA)粉末溶于二次水，并且震荡搅拌 使其充分溶解，即得到乳白色的HA溶液； (2) 配制壳聚糖（CS)水溶液：将壳聚糖（CS)粉末溶于二次水，然后再加入乙酸，最后震 荡搅拌使其充分快速溶解，即得到乳黄色的CS溶液； (3) 制备交联剂水溶液(MBA):取交联剂Ν，Ν' -亚甲基双丙烯酰胺（MBA)溶解于水中， 超声震荡2min使溶液分散均匀，即得到交联剂水溶液； (4) 制备引发剂水溶液（KPS):取引发剂过硫酸钾（KPS)溶解于水中，超声震荡2min使 溶液分散均匀，即得到引发剂水溶液； (5) HA/CS/PAM复合水凝胶的制备：在试管中加入单体丙烯酰胺，将（3)得到的交联 剂溶液加入试管中，各取上述（1)、（2)得到的溶液滴加于试管中，并加入二次水使单体丙 烯酰胺充分溶解；然后将试管密封，随后加入引发剂及加速剂，引发聚合，反应在25?进行 8_16h后，即制备得到HA/CS/PAM复合水凝胶。 上述制备方法中，所述羟基磷灰石粉末晶粒为〇.〇4?12 μ m,所得溶液浓度为 0· 01-0· 03g/mL ;所述配制壳聚糖（CS)水溶液过程中，滴上〇. 2-0. 5mL乙酸加速壳聚糖的溶 解，壳聚糖溶液的浓度为0. 005-0. 01g/mL。 所述交联剂为N, Ν'-亚甲基双丙烯酰胺（MBA)，浓度为0.001-0. 005g/mL ;所述引 发剂为过硫酸钾（KPS)，浓度为0. 005-0. 01g/mL。 所述加速剂为N, N, Ν'，Ν' -四甲基乙二胺（TEMED),其密度为0. 775g/mL，所述加速 剂的添加量与单体丙烯酰胺的质量比为：7. 75:1000。 所述单体丙烯醜胺、引发剂、交联剂的质量比为（250?1500) :2. 5:1 ;所述轻基磷 灰石、壳聚糖、单体丙烯酰胺的质量比为（0.1-0. 5): (0.05-0. 2): (2-4)。 本专利技术方法首先将羟基磷灰石（HA)和壳聚糖（CS)配成溶液，然后掺杂到聚丙烯 酰胺（PAM)网络结构中，制成一种具有优良力学性能的，可作为软骨替代材料的羟基磷灰石 (HA) /壳聚糖（CS) /聚丙烯酰胺（PAM)复合水凝胶。本专利技术带来的有益效果： (1) 聚丙烯酰胺是一种生物兼容性良好的软骨替代材料，将羟基磷灰石（HA)和壳聚糖 (CS )材料通过氢键作用掺于聚丙烯酰胺（PAM)水凝胶中，在羟基磷灰石（HA )、壳聚糖（CS )、 聚丙烯酰胺（PAM)各自优点的基础上，该三元复合材料的力学性能得到增强(原来的聚丙烯 酰胺中加入羟基磷灰石（HA)和壳聚糖（CS)混合溶液时压缩刚度大幅增加，例如：在压缩相 同的5mm时由原先的 5牛顿增加到12牛顿。），为其多功能化应用提供了一个技术平台，使 其有望作为软骨替代材料应用于组织工程领域； (2) 壳聚糖是一种软化材料，本专利技术严格控制了壳聚糖的用量，所得材料克服了壳聚糖 (CS)支架容易弯曲且机械性质不佳的特性； (3) 保留了羟基磷灰石（HA)良好的抗拉、抗压的力学性能； (4) 该方法制备过程操作简便，节约成本。 【专利附图】【附图说明】 图1为不同配比的羟基磷灰石/壳聚糖/聚丙烯酰胺复合水凝胶材料压缩的载 荷-位移曲线图。 图2为不同壳聚糖配比下的复合水凝胶材料压缩的载荷-位移曲线图。 【具体实施方式】 下面通过实施例来进一步说明本专利技术，但不局限于以下实施例。 实施例1 :羟基磷灰石/壳聚糖/聚丙烯酰胺复合水凝胶的制备方法 (1)配制羟基磷灰石（HA)水溶液：将12 μ m的0. lg羟基磷灰石（HA)粉末溶于5mL二 次水，并且震荡搅拌使其充分溶解，即得到浓度为〇· 02g/mL的乳白色的HA溶液； (2) 配制壳聚糖（CS)水溶液：将0. 05g壳聚糖（CS)粉末溶于5mL二次水，然后再加入 0. 2mL乙酸，最后震荡搅拌使其充分快速溶解，即得到浓度为〇· 〇lg/mL乳黄色的CS溶液； (3) 制备交联剂(MBA)水溶液：将0· 02g交联剂N，Ν' -亚甲基双丙烯酰胺（MBA)溶解于 5mL二次水中，超声震荡2π?η使溶液分散均匀，即得到浓度为〇· 〇〇本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合水凝胶的制备方法，其特征在于：将羟基磷灰石和壳聚糖配成溶液，然后掺杂到聚丙烯酰胺网络结构中，具体包括以下步骤：（1）配制羟基磷灰石水溶液：将羟基磷灰石粉末溶于二次水，并且震荡搅拌使其充分溶解，即得到乳白色的HA溶液；（2）配制壳聚糖水溶液：将壳聚糖粉末溶于二次水，然后再加入乙酸，最后震荡搅拌使其充分快速溶解，即得到乳黄色的CS溶液；（3）制备交联剂水溶液：取交联剂N,N'‑亚甲基双丙烯酰胺溶解于水中，超声震荡2min使溶液分散均匀，即得到交联剂水溶液；（4）制备引发剂水溶液：取引发剂过硫酸钾溶解于水中，超声震荡2min使溶液分散均匀，即得到引发剂水溶液；（5）HA/CS/PAM复合水凝胶的制备：在试管中加入单体丙烯酰胺，将（3）得到的交联剂溶液加入试管中，各取上述（1）、（2）得到的溶液滴加于试管中，并加入二次水使单体丙烯酰胺充分溶解；然后将试管密封，随后加入引发剂及加速剂，引发聚合，反应在25℃进行8‑16h后，即制备得到HA/CS/PAM复合水凝胶。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：武晓刚，王艳芹，岑海鹏，于维伦，郭媛，张永刚，陈维毅，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西;14