1.本发明涉及多功能型水凝胶技术领域，更具体地说，涉及一种离子响应型、生物防污型水凝胶及其制备方法和应用。
背景技术：2.raft聚合是活性可控自由基聚合的一种，可有效控制聚合的整个过程，聚乙二醇二丙烯酸酯(pegda)被广泛应用于水凝胶的制备中以及载体体系的构建中，由于pegda上的双键结构，因此可以进行raft聚合。如公开号为cn107805310a的中国专利公开了基于聚乙二醇二丙烯酸酯交联的高强度导电水凝胶及其制备方法，以2-乙烯基-4,6-二氨基-1,3,5-三嗪为单体，聚乙二醇二丙烯酸酯为交联剂，聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)为共混组分，通过引发剂引发单体和交联剂上的碳碳双键进行自由基聚合形成既有物理交联也有化学交联的水凝胶网络，并使聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)掺杂在凝胶网络结构中。如公开号为cn108623729a的中国专利公开了基于超支化聚合物的水凝胶及其应用，将利用逆向增强原子转移自由基聚合方法得到的超支化聚乙二醇二丙烯酸酯作为前驱体，以2,2-二甲氧基-苯基苯乙酮为紫外光引发剂，水为溶剂，在紫外灯照射下引发前驱体中碳碳双键进行交联为水凝胶材料。
3.vi分子中有活泼的乙烯基和离子响应性的咪唑环两个官能团，乙烯基聚合时，使咪唑环位于支链上，其能够与很多离子发生络合作用。dmaps分子中有活泼的乙烯基和两性离子两个官能团，乙烯基聚合时，使两性离子基团位于支链上，具有生物防污能力。
4.更换敷料有利于伤口愈合，但是敷料倾向于粘在伤口处，会给病人带来疼痛。通过离子增强，在更换敷料时，喷涂离子溶液，使得材料强度增加，便于实现无损伤换药。
5.因此，如何提供一种具有良好离子响应性和生物防污性能的水凝胶是目前本领域亟需解决的技术问题。
技术实现要素：6.本发明的目的在于提供一种离子响应型、生物防污型水凝胶的制备方法，制备得到的水凝胶应用在伤口敷料上具有良好的离子响应性和生物防污性。
7.本发明提供如下技术方案：
8.一种离子响应型、生物防污型水凝胶的制备方法，所述制备方法为：
9.(1)制备超支化hbpvd共聚物：以聚乙二醇二丙烯酸酯pegda、1-乙烯基咪唑vi和[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵dmaps作为单体，在链转移剂和引发剂的作用下，通过raft聚合反应得到超支化三元共聚物hbpvd：
[0010]
(2)制备聚合物甲基丙烯酸化明胶gelma：将明胶溶解后，加入碱调节ph值后加入分散剂，澄清后加入甲基丙烯酸酐，反应后得到聚合物gelma；
[0011]
(3)制备水凝胶：使用去离子水制备超支化三元共聚物hbpvd和聚合物gelma溶液，加入光引发剂后紫外固化得到水凝胶。
[0012]
在本发明中，raft聚合具有活性可控的优势，可以控制乙烯基的聚合，生成超支化三元共聚物hbpvd。
[0013]
所述超支化三元共聚物hbpvd的结构式为：
[0014][0015]
其中，m、n、k、y和z的取值范围分别为1-2、5-20、1-4、5-15、30-40。
[0016]
优选地，在步骤(1)中，所述链转移剂为二硫化四乙基秋兰姆ds，所述引发剂为偶氮二异丁腈aibn。
[0017]
优选地，所述超支化三元共聚物hbpvd中pegda的摩尔质量分数为10-50％、vi的摩尔质量分数为100-2000％、dmaps的摩尔质量分数为50-200％、aibn的摩尔质量分数为1-2％、ds的摩尔质量分数为1-2％。
[0018]
优选地，在步骤(1)中：
[0019]
(1-1)将pegda和vi溶于dmso中，dmaps溶于去离子水中，混合冷却至室温得到混合溶液，将链转移剂和引发剂溶于dmso中后逐滴加入到混合溶液中；
[0020]
(1-2)将混合溶液冻融循环，在氮气的氛围下，置于70-80℃的油浴中进行反应；
[0021]
(1-3)反应结束后，进行提纯、抽滤后干燥得到超支化三元共聚物hbpvd，低温保存。
[0022]
进一步优选地，在步骤(1-2)中：通过冻融循环三次使反应处于氮气氛围中。随后置于70-80℃的油浴中，用密封带将圆底烧瓶口封好保证整个装置的气密性，转速调至1300rpm反应3-8h，反应结束后，冷却至室温，用冰乙醇反复提纯三次，抽滤后将上层产物置于真空干燥箱30min，置于-20℃中保存备用。
[0023]
进一步优选地，在步骤(1-3)中：将明胶加入去离子水中，在40℃下搅拌溶解，加入氢氧化钠(naoh)调至ph＝9，加入n,n
’‑
二甲基甲酰胺(dmf)，搅拌澄清后加入甲基丙烯酸酐，40℃反应2-3h。将反应结束的溶液快速倒入大量无水乙醇中进行沉降，将沉淀剪碎后继续加入无水乙醇中洗涤，之后使用去离子水在37℃烘箱中溶解，透析三天，冻干得到产物。
[0024]
优选地，在步骤(2)中，所述分散剂为二甲基甲酰胺(dmf)；反应后进行沉降、洗涤，将沉淀溶解后透析、冻干得到聚合物gelma。
[0025]
优选地，在步骤(3)中使用去离子水制备一定浓度的聚合物hbpvd和gelma溶液，加入一定量的光引发剂苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)磷酸锂盐(lap)，溶解完全后，在365nm紫外灯下照射得到水凝胶。
[0026]
本发明还公开了通过上述制备方法得到的离子响应型、生物防污型水凝胶。
[0027]
本发明还公开了上述离子响应型、生物防污型水凝胶在伤口敷料上的应用。
[0028]
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
[0029]
本发明通过在一定反应条件下引发pegda、vi和dmaps进行可逆加成-断裂链转移(raft)活性可控自由基聚合，由此制备具有超支化结构三元共聚物hbpvd，制备方法简单，材料来源广泛，生产效率高。本发明制备得到的水凝胶具有良好的离子响应性和生物防污能力，可以应用在伤口敷料上。
附图说明
[0030]
图1是hbpvd的合成原理图。
[0031]
图2是超支化聚合物hbpvd的h
1-nmr图谱。
[0032]
图3是聚合物gelma的h
1-nmr图谱。
[0033]
图4是hbpvd凝胶的压缩数据图谱。
[0034]
图5是hbpvd凝胶的抗血液黏附数据图。
具体实施方式
[0035]
下面结合具体实例进一步说明本发明的技术方案，但这些实例并不用来限制本发明。
[0036]
用托盘天平称量33.4mg ds，25.9mg aibn，1.1250g pegda、10.5863g vi和3.1427g dmaps。pegda和vi置于圆底烧瓶中，加入23ml dmso，dmaps溶于24ml去离子水并加入到圆底烧瓶中，放入磁子，在水中冷却至室温后，aibn和ds溶于1ml dmso并逐滴加入到上述溶液，混合均匀。将圆底烧瓶置于油浴锅中，安装导气管，用密封条缠结瓶口，通过冻融循环三次除氧充氮气后，放置于75℃油浴锅，转速调至1300rpm，反应7.5h(用作后续实施例中水凝胶的制备)。
[0037]
用托盘天平称量33.4mg ds，25.9mg aibn，0.5252g pegda、2.1174g vi和3.1427g dmaps。pegda和vi置于圆底烧瓶中，加入14ml dmso，dmaps溶于15ml去离子水并加入到圆底烧瓶中，放入磁子，在水中冷却至室温后，aibn和ds溶于1ml dmso并逐滴加入到上述溶液，混合均匀。将圆底烧瓶置于油浴锅中，安装导气管，用密封条缠结瓶口，通过冻融循环三次除氧充氮气后，放置于70℃油浴锅，转速调至1300rpm，反应7h。
[0038]
用托盘天平称量22.3mg ds，17.3mg aibn，0.7500g pegda、7.0575g vi和4.1990g dmaps。pegda和vi置于圆底烧瓶中，加入23ml dmso，dmaps溶于24ml去离子水并加入到圆底烧瓶中，放入磁子，在水中冷却至室温后，aibn和ds溶于1ml dmso并逐滴加入到上述溶液，混合均匀。将圆底烧瓶置于油浴锅中，安装导气管，用密封条缠结瓶口，通过冻融循环三次除氧充氮气后，放置于80℃油浴锅，转速调至1300rpm，反应3h。
[0039]
用托盘天平称量33.4mg ds，25.9mg aibn，1.1250g pegda、5.2913g vi和3.1427g dmaps。pegda和vi置于圆底烧瓶中，加入18ml dmso，dmaps溶于19ml去离子水并加入到圆底烧瓶中，放入磁子，在水中冷却至室温后，aibn和ds溶于1ml dmso并逐滴加入到上述溶液，混合均匀。将圆底烧瓶置于油浴锅中，安装导气管，用密封条缠结瓶口，通过冻融循环三次除氧充氮气后，放置于80℃油浴锅，转速调至1300rpm，反应3h。
[0040]
上述反应结束后，关闭油浴锅，冷却至室温。与此同时将乙醇置于0℃冰中冰镇30min。将300ml冰乙醇倒入500ml烧杯中，边搅拌边滴加冷却后的溶液，可以看到白色絮状
物产生，待反应溶液滴加完全后，继续搅拌5min，静置30min后，可以观察到白色絮状物沉淀，用吸管吸出上层的液体，再加入300ml冰乙醇，重复上述操作两次。用最后一次洗涤的溶液抽滤，得到白色沉淀物，转移至培养皿后，用保鲜膜将其密封，扎孔后，置于真空干燥箱中30min取出，置于-20℃中保存备用。
[0041]
图1是hbpvd的合成原理图，是以聚乙二醇二丙烯酸酯(pegda，mw＝400)、1-乙烯基咪唑(vi)和[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵(dmaps)为单体，以二硫化四乙基秋兰姆(ds，俗称双硫仑)为raft试剂的链转移剂，aibn为引发剂，在一定的反应条件下引发pegda、vi和dmaps进行raft活性可控自由基聚合，由此制备具有多功能超支化结构的聚合物hbpvd。
[0042]
将4g明胶加入200ml去离子水中，在40℃下搅拌溶解，加入几粒氢氧化钠(naoh)颗粒将其调至ph＝9，加入130ml n,n
’‑
二甲基甲酰胺(dmf)，待搅拌澄清加入290μl甲基丙烯酸酐，等待10min，再次加入292μl甲基丙烯酸酐，40℃反应3h。将反应结束的溶液快速倒入大量无水乙醇中进行沉降，将沉淀剪碎后继续加入无水乙醇中洗涤，加入180ml去离子水在37℃烘箱中将沉淀溶解，透析三天，冻干得到产物gelma。
[0043]
将0.1g hbpvd、0.1g gelma分别溶于0.9g去离子水，加入2.5mg lap后注入到模具中，在365nm紫外灯下照射1min后取出脱模。
[0044]
在制备方案中，使用的hbpvd的浓度为10％，gelma的浓度为10％。
[0045]
在制备方案中，lap的浓度为0.25％，选用10mw/cm
2 365nm紫外光原进行紫外成胶，照射时间为1min。
[0046]
对合成的hbpvd和gelma进行核磁结构表征：
[0047]
图2是超支化聚合物hbpvd的h
1-nmr图谱，从图2中可以看出咪唑环的峰在6.7-8ppm处，化学位移为5-6ppm归属于聚合物上残留的双键，化学位移为4.3ppm归属于与酯键相连的亚甲基，化学位移为3.7ppm和3.5ppm处的吸收峰归属于pegda中醚键相连的ch2、与季铵相连的ch2，化学位移为3.1ppm和2.9ppm处的吸收峰归属于dmaps中季铵的甲基和与磺酸基相连的ch2，由此证明本发明成功地合成了超支化共聚物hbpvd。
[0048]
图3是聚合物gelma的h
1-nmr图谱，从图3中可以看出化学位移为5-6ppm处出现的峰归属于双键，表明成功在明胶上接上双键，由此证明本发明成功地合成了聚合物gelma。
[0049]
对hbpvd水凝胶进行力学性能测试：制备直径为8mm、高为5mm的圆柱体水凝胶，将凝胶浸泡到去离子水、0.1mol/l mgso4、znso4、niso4、cuso4、cucl2、cu(no3)2、agno3溶液48h后，使用万能拉力机对其进行压缩测试。测试速率为10mm/min，压缩模量定义为应变为0-20％的线性区域的斜率。
[0050]
图4是hbpvd凝胶的压缩数据图谱，从图4中可以看出浸泡不同的溶液后，凝胶展现了不同的离子增强效果。浸泡mgso4对其压缩强度并无明显的增强效果，浸泡其他离子溶液压缩模量有不同程度的增加，尤其浸泡cu(no3)2、agno3压缩模量有最大的提高，由此证明本发明制备的水凝胶具有明显的离子响应性。
[0051]
对hbpvd、gelma水凝胶进行抗血液黏附测试：制备直径为10mm、高为1mm的hbpvd和gelma圆饼状凝胶，将其浸泡在老鼠血液中浸泡1min后，在水中漂洗3次，拍照记录。
[0052]
图5是hbpvd凝胶的抗血液黏附数据图，从图5中可以看出相较于gelma水凝胶，hbpvd水凝胶浸泡血液后几乎没有血液黏附，由此证明本发明制备的水凝胶具有防生物污
染的能力。
[0053]
在测试生物防污性能方案中，选用gelma凝胶作为对照，是因为gelma是由天然高分子材料功能化得来的，具有广泛的生物医用。
[0054]
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。
技术特征：1.一种离子响应型、生物防污型水凝胶的制备方法，其特征在于，所述制备方法为：(1)制备超支化hbpvd共聚物：以聚乙二醇二丙烯酸酯pegda、1-乙烯基咪唑vi和[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵dmaps作为单体，在链转移剂和引发剂的作用下，通过raft聚合反应得到超支化三元共聚物hbpvd：(2)制备聚合物甲基丙烯酸化明胶gelma：将明胶溶解后，加入碱调节ph值后加入分散剂，澄清后加入甲基丙烯酸酐，反应后得到聚合物gelma；(3)制备水凝胶：使用去离子水制备超支化三元共聚物hbpvd和聚合物gelma溶液，加入光引发剂后紫外固化得到水凝胶。2.根据权利要求1所述的离子响应型、生物防污型水凝胶的制备方法，其特征在于，所述超支化三元共聚物hbpvd的结构式为：其中，m、n、k、y和z的取值范围分别为1-2、5-20、1-4、5-15、30-40。3.根据权利要求1所述的离子响应型、生物防污型水凝胶的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述链转移剂为二硫化四乙基秋兰姆ds，所述引发剂为偶氮二异丁腈aibn。4.根据权利要求3所述的离子响应型、生物防污型水凝胶的制备方法，其特征在于，所述超支化三元共聚物hbpvd中pegda的摩尔质量分数为10-50％、vi的摩尔质量分数为100-2000％、dmaps的摩尔质量分数为50-200％、aibn的摩尔质量分数为1-2％、ds的摩尔质量分数为1-2％。5.根据权利要求3所述的离子响应型、生物防污型水凝胶的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中：(1-1)将pegda和vi溶于dmso中，dmaps溶于去离子水中，混合冷却至室温得到混合溶液，将链转移剂和引发剂溶于dmso中后逐滴加入到混合溶液中；(1-2)将混合溶液冻融循环，在氮气的氛围下，置于70-80℃的油浴中进行反应；(1-3)反应结束后，进行提纯、抽滤后干燥得到超支化三元共聚物hbpvd，低温保存。6.根据权利要求1所述的离子响应型、生物防污型水凝胶的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述分散剂为二甲基甲酰胺。7.一种根据权利要求1-6任一所述的制备方法得到的离子响应型、生物防污型水凝胶。8.一种权利要求7所述的离子响应型、生物防污型水凝胶在伤口敷料上的应用。
技术总结本发明公开了一种离子响应型、生物防污型水凝胶的制备方法：以聚乙二醇二丙烯酸酯PEGDA、1-乙烯基咪唑VI和[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵DMAPS作为单体，在链转移剂和引发剂的作用下，通过RAFT聚合反应得到超支化三元共聚物HBPVD：将明胶溶解后，加入碱调节pH值后加入分散剂，澄清后加入甲基丙烯酸酐，反应后得到聚合物GelMA；使用去离子水制备超支化三元共聚物HBPVD和聚合物GelMA溶液，加入光引发剂后紫外固化得到水凝胶。本发明还公开了通过上述制备方法得到的水凝胶及在在伤口敷料上的应用，具有良好的离子响应性和生物防污性。有良好的离子响应性和生物防污性。有良好的离子响应性和生物防污性。
技术研发人员：王玮 谢先华
受保护的技术使用者：浙江大学杭州国际科创中心
技术研发日：2022.03.29
技术公布日：2022/7/5
