一种提高水凝胶导电性的方法技术

本发明专利技术公开了一种提高水凝胶导电性的方法，其特征在于：在水凝胶的预聚体溶液中混入聚丙烯酸盐，所述聚丙烯酸盐为醛基化聚丙烯酸盐；进一步地，在水凝胶的预聚体溶液中混入固含量为0.3％～0.7％的聚丙烯酸盐。本发明专利技术中通过醛基化聚丙烯酸钠修饰水凝胶，显著提升了水凝胶的导电性能，并且制备得到的水凝胶具有良好的导电性、弹性以及生物相容性；本发明专利技术中通过将水凝胶制备成具有双层网络的水凝胶以及在水凝胶中加入金属离子修饰，进一步提升了水凝胶的力学性能。

A Method for Improving the Conductivity of Hydrogels

【技术实现步骤摘要】
一种提高水凝胶导电性的方法
本专利技术涉及一种提高水凝胶导电性的方法。
技术介绍
聚合物支架具有良好的生物相容性和降解性，在组织工程和药物传递中扮演重要角色。从天然蛋白质和多糖中提取的水凝胶是组织工程的理想支架，因为它们类似于由多种氨基酸和糖基大分子组成的组织细胞外基质。从天然聚合物中提取的水凝胶模仿细胞外基质的许多特性，因此有潜力在组织再生和伤口愈合过程中指导细胞的迁移、生长和组织。其中许多还表现出足够的生物相容性和生物降解性。合成水凝胶常见的交联方法主要包括单体的光聚合、酶交联与金属离子的化学交联或通过戊二醛、碳二亚胺、己二酰二肼等交联剂实现。然而，光聚合往往需要光致敏剂和长时程的辐照，从而限制其使用。与金属离子的交联在体内通常是可逆的，具有细胞毒性作用。与戊二醛、聚环氧化物、异氰酸酯等聚合物底物结合的试剂毒性高，易在底物的生物降解过程中渗入体内。潜在的毒性较低的试剂，如己二酸二肼和氧化多糖已被研究作为交联剂。传统的导电水凝胶是水凝胶与导电高分子材料聚合交联的混合物，它结合了水凝胶的生物形容性、传输小分子的能力、高水合作用与导电聚合物的氧化还原性、良好的导电性，是一种新型的复合生物材料。常见的导电高分子材料包括碳纳米管、还原性氧化石墨烯、聚苯胺、聚噻吩以及聚吡咯等(化学聚合或氧化聚合等方式引入水凝胶)。这些导电高分子材料的加入大大提高了水凝胶的导电性能，然而毒性和易聚积性等缺点限制了它们的广泛应用。近年来，科学家们一直致力于寻找生物相容性好的天然导电高分子材料。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种提高水凝胶导电性的方法。本专利技术所采取的技术方案是：一种提高水凝胶导电性的方法，通过在水凝胶的预聚体溶液中混入聚丙烯酸盐提高水凝胶导电性，所述聚丙烯酸盐为醛基化聚丙烯酸盐；进一步地，在水凝胶的预聚体溶液中混入固含量为0.3％～0.7％的聚丙烯酸盐。进一步地，聚丙烯酸盐为聚丙烯酸钠。进一步地，预聚体溶液中含有氧化海藻酸钠和明胶；进一步地，预聚体溶液中氧化海藻酸钠的固含量为6％～8％；更进一步地，预聚体溶液中明胶的固含量为10％～12％。进一步地，上述方法包括以下步骤：1)将醛基化聚丙烯酸盐溶液加入到氧化海藻酸钠溶液中的混合溶液A；2)将混合溶液A加入到明胶溶液中混匀，交联反应得到导电水凝胶。进一步地，预聚体溶液中还含有金属离子，优选地，金属离子为Ca2+、Mg2+、Fe3+中的至少一种。进一步地，预聚体溶液中金属离子浓度为0.02～1mmol/L。进一步地，上述方法包括以下步骤：1)将醛基化聚丙烯酸盐溶液加入到氧化海藻酸钠溶液中的混合溶液A；2)将混合溶液A加到明胶溶液中混匀，加入金属离子溶液，交联反应得到导电水凝胶。进一步地，混合溶液A加到明胶溶液中之前还需要在混合溶液A中加入溶液B，溶液B中含有甲基丙烯酰胺化的明胶、聚乙二醇二丙烯酸酯和过硫酸铵。进一步地，交联反应前，还需要将预聚体溶液冷冻、常温融解。上述方法制备得到的水凝胶在组织工程修复中的应用。本专利技术的有益效果是：本专利技术中通过醛基化聚丙烯酸钠修饰水凝胶，显著提升了水凝胶的导电性能，并且制备得到的水凝胶具有良好的导电性、弹性以及生物相容性；本专利技术中通过将水凝胶制备成具有双层网络的水凝胶以及在水凝胶中加入金属离子修饰，进一步提升了水凝胶的力学性能；本专利技术中制备的导电水凝胶在生物医学、软体机器人以及人工器官等领域有着广阔的应用前景。附图说明图1为三种类型聚丙烯酸钠的核磁结果图；图2为实施例2水凝胶的电导率结果图；图3为实施例2水凝胶的应力-应变曲线和弹性模量结果图；图4为实施例2水凝胶的压缩试验结果；图5为实施例2水凝胶内部孔隙及孔径大小的扫描电镜结果；图6为实施例2水凝胶上接种的心肌细胞活死染色和细胞毒性结果；图7为实施例2水凝胶上接种的心肌细胞F-actin染色结果；图8为实施例3水凝胶力学性能测试结果；图9为实施例4水凝胶循环压缩试验结果；图10为实施例4水凝胶拉伸试验结果；图11为实施例5水凝胶细胞毒性检测。具体实施方式下面进一步列举实施例以详细说明本专利技术。同样应理解，以下实施例只用于对本专利技术进行进一步说明，不能理解为对本专利技术保护范围的限制，本领域技术人员根据本专利技术阐述的原理做出的一些非本质的改进和调整均属于本专利技术的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适范围内的选择，而并非要限定于下文示例的具体数据。实施例1醛基修饰聚丙烯酸钠的制备方法将4g丙烯酸钠、45mg偶氮二异丁腈和2ml1,4-二氧六环和巴豆醛(分别为350mg和700mg,PAA350,PAA700)混合均匀后，投入液氮，迅速冷冻后抽真空，解冻后置于60度水浴搅拌至液体黏稠，立即用液氮冷冻终止反应，透析后冻干待用，即得到醛基修饰的聚丙烯酸钠。用氘代DMSO分别溶解20mg单纯聚丙烯酸钠(PAApure)，PAA350，PAA700，予以600MH1谱核磁检测特征峰。如图1，PAA700的巴豆醛的接枝率更高，在位移9.46处显示明显的醛基峰。实施例2导电水凝胶的制备方法分别称取固含量为20％的氧化海藻酸钠和明胶，溶于PBS溶液中，50℃水浴搅拌30分钟，配制成均一溶液，调pH至8，静置待用；根据实施例1合成巴豆醛修饰的聚丙烯酸钠，用PBS配置固含量为10％的溶液，按一定体积比(10％、15％、20％)加入氧化海藻酸钠溶液中，调节pH至8；将加有聚丙烯酸钠的氧化海藻酸钠溶液以体积比4:6加入明胶溶液中，混匀，常温反应数分钟，即得到棕褐色的导电弹性水凝胶。实施例3具备双层网络的导电水凝胶的制备方法分别称取固含量为20％的氧化海藻酸钠和明胶，溶于PBS溶液中，50℃水浴搅拌30分钟，配制成均一溶液，将两种溶液pH调成8，静置待用；配置固含量为10％的巴豆醛修饰的聚丙烯酸钠溶液，按一定体积比(10％、15％、20％)加到氧化海藻酸钠溶液中，调节pH至8；称取固含量为10％的甲基丙烯酸酐化的明胶和20％的聚乙二醇二丙烯酸酯，溶解后，加入3μL10％的过硫酸铵，混匀后加入到上述氧化海藻酸钠溶液中，以体积比4:6加入明胶溶液中，混匀；加入1μL四甲基乙二胺，震荡混匀后，负20℃过夜；于常温融解20分钟后，继续交联成胶，得到棕褐色的具备双层网络的导电弹性水凝胶。实施例4一种导电水凝胶的制备方法，包括以下步骤：分别称取固含量为40％的氧化海藻酸钠和明胶，溶于PBS溶液中，50℃水浴搅拌30分钟，配制成均一溶液，调pH至8，静置待用；用PBS配置固含量为10％的巴豆醛修饰的聚丙烯酸钠溶液，按一定体积比(10％、15％、20％)加入氧化海藻酸钠溶液中，调节pH至8；将加有聚丙烯酸钠的氧化海藻酸钠溶液以体积比4:6加入明胶溶液中，混匀；加入0.5mmol/L浓FeCl3溶液后，37℃反应过夜，即得到棕褐色的具备双层网络结构的黏性导电弹性水凝胶。实施例5一种导电水凝胶的制备方法，包括以下步骤：分别称取固含量为20％的氧化海藻酸钠和明胶，溶于PBS溶液中，50℃水浴搅拌30分钟，配制成均一溶液，调pH至8，静置待用；用PBS配置固含量为10％的巴豆醛修饰的聚丙烯酸钠溶液，按体积比20％加入氧化海藻酸钠溶液中，调节pH至8；将加有聚丙烯酸钠的氧化海本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高水凝胶导电性的方法，其特征在于：在水凝胶的预聚体溶液中混入聚丙烯酸盐，所述聚丙烯酸盐为醛基化聚丙烯酸盐；进一步地，在水凝胶的预聚体溶液中混入固含量为0.3％～0.7％的聚丙烯酸盐。

【技术特征摘要】
1.一种提高水凝胶导电性的方法，其特征在于：在水凝胶的预聚体溶液中混入聚丙烯酸盐，所述聚丙烯酸盐为醛基化聚丙烯酸盐；进一步地，在水凝胶的预聚体溶液中混入固含量为0.3％～0.7％的聚丙烯酸盐。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：聚丙烯酸盐为聚丙烯酸钠。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：预聚体溶液中含有氧化海藻酸钠和明胶；进一步地，预聚体溶液中氧化海藻酸钠的固含量为6％～8％；更进一步地，预聚体溶液中明胶的固含量为10％～12％。4.根据权利要求3所述方法，其特征在于：包括以下步骤：1)将醛基化聚丙烯酸盐溶液加入到氧化海藻酸钠溶液中的混合溶液A；2)将混合溶液A加入到明胶溶液中混匀，交联反应得到导电水凝胶。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：预聚体溶液中还含有金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱小忠，宋小萍，汪枭睿，
申请(专利权)人：南方医科大学，
类型：发明
国别省市：广东,44