本发明专利技术属于复合材料技术领域，公开了一种基于木聚糖的双网络纳米复合水凝胶及其制备与应用。所述方法为(1)将氧化石墨粉末加入去离子水中，超声分散，得到GO水分散液；(2)将木聚糖加入去离子水中，加热搅拌，得到木聚糖溶液；(3)将水溶性钙盐，反应单体和木聚糖溶液加入到GO水分散液中，冰浴条件下，搅拌分散均匀，加入引发剂、交联剂和促进剂，搅拌混合均匀，得到混合溶液；(4)将步骤(3)的混合溶液进行烘干反应，得到基于木聚糖的双网络纳米复合水凝胶。本发明专利技术所得复合水凝胶有较高机械性能，同时可生物降解、具有良好的生物相容性，应用在生物医学领域，如组织工程、药物缓释、细胞培养支架以及软骨组织等方面。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于复合材料
，具体涉及一种基于木聚糖的双网络纳米复合水凝胶及其制备与应用。
技术介绍
水凝胶(Hydrogel)是一种能吸收大量的水而不溶解，并保持一定的形状的高分子网络体系。水凝胶在药物缓控释，生物医学以及组织工程等方面得到了广泛的应用和研究。然而，传统的一些化学交联结构水凝胶机械性能相对较弱，大大限制了水凝胶更深更广的应用。尤其在生物医学以及组织工程等方面，对于水凝胶机械性能的要求也逐步显现。近年来，大量的研究工作致力于改善水凝胶的机械性能。聚合物复合水凝胶和双网络水凝胶一直以来被认为是有效提高凝胶机械性能的常用途径。聚合物复合水凝胶，即在水凝胶的聚合物网络结构中引入增强有机/无机填料，例如，蒙脱土，纳米纤维素，碳纳米管等从而提高水凝胶的机械性能。GO/PAM纳米复合水凝胶已有相关报道(R.Liu,S.Liang,X.-Z.Tang,D.Yan,X.LiandZ.Z.Yu,J.Mater.Chem2012,22,14160–14167；N.Zhang,R.Li,L.Zhang,H.Chen,W.Wang,Y.Liu,T.Wu,X.Wang,W.WangandY.Li,SoftMatter2011,7,7231–7239；H.Wei,L.Han,Y.Tang,J.Ren,Z.ZhaoandL.Jia,J.Mater.Chem.B2015,3,1646–1654)，但是机械强度的增强有限，压缩强度一般是在1MPa以下，仍然有很大的提升空间。双网络水凝胶，是由两个独立的交联网络构成的，通过引入新的交联网络来提高水凝胶的机械性能。但是大部分双网络水凝胶存在环境污染严重、生物相容性和降解性差等缺点。如何制备出高强度、生物相容性好的双网络的复合水凝胶成为了一种挑战。木聚糖具有良好的生物相容性、可再生性并且具有特殊的理化性能，能对细胞突变产生抑制，具有解毒、消炎、抗癌等作用，在医药领域具有良好的应用前景。到目前为止，还未见以木聚糖为原料，以GO为增强填料，以丙烯酰胺为单体接枝聚合网络以及氧化石墨烯(GO)与Ca2+交联网络形成另一网络的双网络的纳米复合水凝胶的相关报道。
技术实现思路
为了克服现有技术的缺点和不足，本专利技术的首要目的在于提供一种基于木聚糖的双网络纳米复合水凝胶的制备方法。本专利技术的另一目的在于提供由上述方法制备得到的基于木聚糖的双网络纳米复合水凝胶。本专利技术的再一目的在于提供上述基于木聚糖的双网络纳米复合水凝胶的应用。所述复合水凝胶在生物医学领域，特别是组织工程、药物缓释、细胞培养支架以及软骨组织等方面的应用。本专利技术目的通过以下技术方案实现：一种基于木聚糖的双网络纳米复合水凝胶的制备方法，包括以下步骤：(1)将氧化石墨粉末(GO)加入去离子水中，超声分散，得到GO水分散液；(2)将木聚糖(XH)加入去离子水中，加热搅拌，得到木聚糖溶液；(3)将水溶性钙盐，反应单体和木聚糖溶液加入到步骤(1)的GO水分散液中，冰浴条件下，搅拌分散均匀，加入引发剂、交联剂和促进剂，搅拌混合均匀，得到混合溶液；所述反应单体为丙烯酰胺(AM)、聚丙烯酰胺，丙烯酸，N-异丙烯酰胺、丙烯酸丁酯中的一种以上，优选为丙烯酰胺；(4)将步骤(3)的混合溶液进行烘干反应，得到基于木聚糖的双网络纳米复合水凝胶。步骤(3)中所述水溶性钙盐中Ca2+与GO水分散液中GO的质量比为(10～240)mg:(20～60)mg，所述反应单体与木聚糖的质量比为(1～6)g：(0.5～1.5)g，所述GO水分散液中GO与木聚糖的质量比为(20～60)mg:(0.5～1.5)g。步骤(3)中所述水溶性钙盐为CaCl2或硝酸钙。步骤(4)中所述烘干反应的条件为在50～80℃烘干反应2～6h。步骤(2)中所述加热搅拌的条件为于75～95℃下搅拌0.5h～1.5h，所述木聚糖溶液的浓度为0.05g/mL～0.2g/mL；步骤(1)中所述超声分散的温度为20℃～40℃；分散时间为2h～6h，超声的功率为100W～300W，频率为25kHz～80kHz。步骤(1)中所述GO水分散液的浓度为0.4mg/mL～6mg/mL。步骤(3)中所述引发剂为过硫酸铵或过硫酸钾；所述引发剂与反应单体的质量比为(0.01～0.05)g：(1～6)g。步骤(3)中所述交联剂为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺；所述交联剂与反应单体的质量比为(0.0025～0.03)g：(1～6)g。步骤(3)中所述的促进剂为四甲基乙二胺或N,N,N’,N’-四亚甲基乙二胺；所述促进剂与反应单体的体积质量比为(10～50)uL：(1～6)g。一种基于木聚糖的双网络纳米复合水凝胶，通过以上方法制备得到。所述基于木聚糖的双网络纳米复合水凝胶的压缩强度为0.17MPa～2.3MPa,伸长率为629％～3967％。所述基于木聚糖的双网络纳米复合水凝胶在生物医学领域，特别是组织工程、药物缓释、细胞培养支架以及软骨组织等方面的应用。本专利技术的制备方法及所得到的产物具有如下优点及有益效果：(1)本专利技术结合纳米复合水凝胶和双网络水凝胶的制备方法来制备高强度的水凝胶，以水做溶剂，以木聚糖为原料，以反应单体(丙烯酰胺为单体)接枝共聚形成一层网络，引入GO为增强填料，同时引入Ca2+与GO交联成另一层网络，不仅提高了水凝胶的机械强度，还改善了水凝胶的生物相容性和生物降解性；(2)本专利技术的制备工艺采用一步合成法，操作简单，反应条件温和，反应条件易控制；(3)本专利技术所得复合水凝胶有较高机械性能，同时可生物降解、具有良好的生物相容性，可应用在生物医学领域，如组织工程、药物缓释、细胞培养支架以及软骨组织等。附图说明图1为不同Ca2+含量的水凝胶(对比实施例1(1：Ca2+/GO＝0)、实施例1(2：Ca2+/GO＝0.5)、实施例2(4：Ca2+/GO＝2)、实施例6(3：Ca2+/GO＝1)和实施例7(5：Ca2+/GO＝4))的压缩应力-应变曲线图；图2为不同Ca2+含量的水凝胶(对比实施例1(1：Ca2+/GO＝0)、实施例1(2：Ca2+/GO＝0.5)、实施例2(4：Ca2+/GO＝2)、实施例6(3：Ca2+/GO＝1)和实施例7(5：Ca2+/GO＝4))的拉伸应力-应变曲线图；图3为实施例2中GO/Ca2+/PAM/XH复合水凝胶的循环压缩应力应变曲线。具体实施方式下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。对比例1一种GO/PAM/XH水凝胶材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将20mg氧化石墨粉末(GO)加入10mL去离子水中，20℃下超声(100W，25kHz)分散4h，得到GO水分散液；(2)称取1g木聚糖，溶解于10mL的去离子水中，85℃下搅拌1h，形成均匀的木聚糖溶液；(3)将4g单体丙烯酰胺(AM)，木聚糖溶液加入到步骤(1)的GO水分散液中，冰浴条件下，搅拌分散均匀；加入0.01g引发剂过硫酸铵，0.008g交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺和40uL促进剂四甲基乙二胺，搅拌均匀，得到混合溶液；(4)将步骤(3)中的混合溶液放入烘箱中，50℃下反应2h，得到复合水凝胶即GO/PAM/XH水凝胶材料。所述复合水本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于木聚糖的双网络纳米复合水凝胶的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)将氧化石墨粉末加入去离子水中，超声分散，得到GO水分散液；(2)将木聚糖加入去离子水中，加热搅拌，得到木聚糖溶液；(3)将水溶性钙盐，反应单体和木聚糖溶液加入到GO水分散液中，冰浴条件下，搅拌分散均匀，加入引发剂、交联剂和促进剂，搅拌混合均匀，得到混合溶液；所述反应单体为丙烯酰胺、聚丙烯酰胺，丙烯酸，N‑异丙烯酰胺、丙烯酸丁酯中的一种以上；(4)将步骤(3)的混合溶液进行烘干反应，得到基于木聚糖的双网络纳米复合水凝胶。
【技术特征摘要】
1.一种基于木聚糖的双网络纳米复合水凝胶的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)将氧化石墨粉末加入去离子水中，超声分散，得到GO水分散液；(2)将木聚糖加入去离子水中，加热搅拌，得到木聚糖溶液；(3)将水溶性钙盐，反应单体和木聚糖溶液加入到GO水分散液中，冰浴条件下，搅拌分散均匀，加入引发剂、交联剂和促进剂，搅拌混合均匀，得到混合溶液；所述反应单体为丙烯酰胺、聚丙烯酰胺，丙烯酸，N-异丙烯酰胺、丙烯酸丁酯中的一种以上；(4)将步骤(3)的混合溶液进行烘干反应，得到基于木聚糖的双网络纳米复合水凝胶。2.根据权利要求1所述基于木聚糖的双网络纳米复合水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述水溶性钙盐中Ca2+与GO水分散液中氧化石墨粉末的质量比为(10～240)mg:(20～60)mg，所述反应单体与木聚糖的质量比为(1～6)g：(0.5～1.5)g，所述GO水分散液中氧化石墨粉末与木聚糖的质量比为(20～60)mg:(0.5～1.5)g。3.根据权利要求1所述基于木聚糖的双网络纳米复合水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述水溶性钙盐为CaCl2或硝酸钙；所述引发剂为过硫酸铵或过硫酸钾；所述交联剂为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺；所述的促进剂为四甲基乙二胺或N,N,N’,N’-四亚甲基乙二胺。4.根据权利要求1所述基于木聚糖的双网络纳米复合水凝胶的制备方法，其特征在于：...
【专利技术属性】
技术研发人员：任俊莉，孔维庆，孙润仓，黄丹阳，许桂彬，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44
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