鋅離子響應(yīng)高強(qiáng)度水凝膠管及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種具有抗菌和抗炎癥功能的鋅離子響應(yīng)的多功能高強(qiáng)度多臂水凝 膠管的制備，具體為一種2-乙烯基-4, 6-二氨基-1，3, 5-三嗪-咪唑共聚物（PVDT-VI)水 水凝膠的制備方法和應(yīng)用，該水水凝膠能夠通過鋅離子和咪唑的絡(luò)合作用固定成多臂水凝 膠管，并且具有抗菌和抗炎癥的效果。
【背景技術(shù)】
[0002] 高分子水水凝膠由于具有與組織某些相似的性能及良好的生物相容性，在生物醫(yī) 用領(lǐng)域得到了廣泛的研究，然而力學(xué)性能的缺陷往往阻礙了他們的實(shí)際應(yīng)用。數(shù)年來，針對 水凝膠力學(xué)性能差這一問題，很多研究者貢獻(xiàn)了許多增強(qiáng)方法，幾個(gè)具有代表性的是雙網(wǎng) 絡(luò)水凝膠，納米復(fù)合水水凝膠，高分子微球復(fù)合水水凝膠，氫鍵或者是偶極增強(qiáng)水水凝膠， 滑環(huán)水水凝膠，四臂聚乙二醇水水凝膠。但是這些方法僅僅賦予水凝膠良好的力學(xué)性能，其 在生物領(lǐng)域的應(yīng)用仍面臨著許多問題。近年來，利用三嗪之間的三重氫鍵作用制備了一系 列的高強(qiáng)水水凝膠，在大幅提升水凝膠力學(xué)性能的同時(shí)，還可以實(shí)現(xiàn)水凝膠表面介導(dǎo)的反 向轉(zhuǎn)染，光致細(xì)胞無損脫附，離子刺激細(xì)胞無損脫附等生物功能。但是作為外體移植物，其 還缺乏抗菌效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種以2-乙烯基-4, 6-二氨基-1，3, 5-三嗪為主體的水 水凝膠，具體為2-乙烯基-4, 6-二氨基-1，3, 5-三嗪、咪唑共聚物（PVDT-co-VI)，該共聚物 除表現(xiàn)出水水凝膠的固有特性，在低濃度的鋅離子的作用下可以固定成多臂管的形狀，較 之相同尺寸的水凝膠柱子具有更高的彎曲強(qiáng)度和壓縮強(qiáng)度，同時(shí)還具有抗菌和抗炎癥的效 果。
[0004] 本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：
[0005] 鋅離子響應(yīng)高強(qiáng)度水凝膠管，其中水凝膠由2-乙烯基-4, 6-二氨基-1，3, 5-三 嗪、咪唑和交聯(lián)劑通過自由基聚合共聚而成，所述交聯(lián)劑分子的分子鏈兩端帶有碳碳雙鍵、 分子鏈中間為聚乙二醇分子的主鏈結(jié)構(gòu)，即（CH2CH2O)n。在制備水凝膠之后，將水凝膠卷成 多壁管形狀，即將水凝膠卷成具有多層筒壁的圓筒結(jié)構(gòu)。
[0006] 在圓筒結(jié)構(gòu)中，自上而下的圓筒高度為18-25mm，水凝膠形成多個(gè)同心圓筒壁，最 內(nèi)層形成空芯結(jié)構(gòu)，最外層形成圓筒的外壁結(jié)構(gòu)，由內(nèi)向外由水凝膠形成層狀的多個(gè)同心 圓筒壁，空芯結(jié)構(gòu)的直徑為0. 5 - 1. 5_，外壁結(jié)構(gòu)的直徑為8 -12_，同心圓筒壁的厚度為 0. 1-0. 5mm〇
[0007] 在上述結(jié)構(gòu)中優(yōu)選，自上而下的圓筒高度為20-25mm，空芯結(jié)構(gòu)的直徑為0. 8- 1mm，外壁結(jié)構(gòu)的直徑為8 -10mm，同心圓筒壁的厚度為0? 1-0? 2mm。
[0008] 制備本發(fā)明水水凝膠管的方法，按照下述步驟進(jìn)行：
[0009] 將2-乙烯基-4, 6-二氨基-1，3, 5-三嗪、咪唑、交聯(lián)劑和引發(fā)劑溶解在溶劑中，通 過引發(fā)劑引發(fā)2-乙烯基-4, 6-二氨基-1，3, 5-三嗪、咪唑和交聯(lián)劑分子上的不飽和鍵，在 絕氧的條件下通過自由基聚合反應(yīng)制備出具有鋅離子響應(yīng)性高強(qiáng)度水水凝膠；然后將水凝 膠卷成多壁管形狀后，將整個(gè)水凝膠管浸泡在硫酸鋅的水溶液中，以通過鋅離子和咪唑的 絡(luò)合作用固定多壁管形狀。
[0010] 在本發(fā)明的技術(shù)方案中，以2-乙烯基-4, 6-二氨基-1，3, 5-三嗪和咪唑作為 共聚單體，以交聯(lián)劑交聯(lián)共聚單體，交聯(lián)劑分子的分子鏈兩端帶有雙鍵、分子鏈中間為 "氧-碳-碳-氧"單鍵相連的骨架結(jié)構(gòu)（即聚乙二醇分子的主鏈結(jié)構(gòu)，（CH2CH2O)n),采用 熱源或者光源使引發(fā)劑提供自由基，再由自由基引發(fā)2-乙烯基-4, 6-二氨基-1，3, 5-三 嗪、咪唑和交聯(lián)劑中的雙鍵，使三者幾乎同時(shí)引發(fā)，發(fā)生聚合反應(yīng)，最終制備的水水凝膠材 料中，具有聚2-乙烯基-4, 6-二氨基-1，3, 5-三嗪、聚咪唑和交聯(lián)劑三種物質(zhì)的鏈段，其中 2-乙烯基-4, 6-二氨基-1，3, 5-三嗪提供骨架中的力學(xué)性能，咪唑提供鋅離子響應(yīng)性，交聯(lián) 劑中的聚乙二醇結(jié)構(gòu)提供柔性鏈段，上述三部分協(xié)同作用，使整個(gè)水水凝膠材料體現(xiàn)出高 強(qiáng)度，抗菌和抗炎癥的效果。所述交聯(lián)劑為聚乙二醇二丙烯酸酯，數(shù)均分子量4000-6000。
[0011] 利用引發(fā)劑提供的自由基引發(fā)2-乙烯基-4, 6-二氨基-1，3, 5-三嗪、咪唑和交 聯(lián)劑發(fā)生反應(yīng)。其中引發(fā)劑可以選擇高分子聚合領(lǐng)域中常用的熱引發(fā)劑，如偶氮二異丁 腈（ABIN)、過氧化苯甲酰（BP0)，或者光引發(fā)劑，如1-[4-(2_羥乙氧基）-亞苯基]-2-羥 基-2'，2'-二甲基乙酮（Irgacure2959)、甲基乙烯基酮、安息香。如果選擇熱引發(fā)劑， 則需要首先利用惰性氣體（如氮?dú)?、氬氣或者氦氣）排除反?yīng)體系中的氧，以避免其的阻聚 作用，然后根據(jù)引發(fā)劑的活性和用量，將反應(yīng)體系加熱到所用引發(fā)劑的引發(fā)溫度之上并保 持相當(dāng)長的時(shí)間，如Ih以上或者更長（l_5h)，以促使引發(fā)劑能夠長時(shí)間產(chǎn)生足夠多的自由 基，引發(fā)反應(yīng)體系持續(xù)發(fā)生自由基聚合反應(yīng)，最終制備本發(fā)明的水水凝膠。如果選擇光引發(fā) 劑，則可以選用透明密閉的反應(yīng)容器，在紫外光照射的條件下引發(fā)自由基聚合，由于光引 發(fā)效率高于熱引發(fā)，因根據(jù)所選引發(fā)劑的活性和用量調(diào)整照射時(shí)間時(shí)，照射時(shí)間可短于熱 引發(fā)的加熱時(shí)間，如20分鐘或者更長（30min-lh)。
[0012] 在本發(fā)明的技術(shù)方案中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)2-乙烯基-4, 6-二氨基-1，3, 5-三嗪、咪唑選 擇使用的引發(fā)劑、交聯(lián)劑的溶解性，選擇能夠完全溶解上述四種物質(zhì)或者能夠與上述四種 物質(zhì)完全互溶的溶劑，以混合均勻反應(yīng)體系。由于2-乙烯基-4, 6-二氨基-1，3, 5-三嗪、 咪唑有極性，引發(fā)劑和交聯(lián)劑也要能夠溶解在極性溶劑中，因此可選擇有機(jī)溶劑中的極性 溶劑，如二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、四氫呋喃、二甲基亞砜。
[0013] 在制備方案中，單體2-乙烯基-4, 6-二氨基-1，3, 5-三嗪、咪唑的質(zhì)量比為 (4-1. 5) :1，交聯(lián)劑質(zhì)量占兩種單體質(zhì)量和的30%，引發(fā)劑的質(zhì)量為單體與交聯(lián)劑總質(zhì)量 的3%。在反應(yīng)結(jié)束后，從反應(yīng)容器中取出共聚物，去除未參加反應(yīng)的單體、引發(fā)劑、交聯(lián)劑 和溶劑后，浸泡在去離子水中中直至達(dá)到溶脹平衡（如浸泡7天，每隔12h更換一次水，達(dá) 到溶脹平衡）。然后將所得水凝膠卷成多臂管的形狀，浸泡在5 -IOmM的ZnS(VK溶液中 20- 24小時(shí)固定形狀。
[0014] 本發(fā)明提供的一種高強(qiáng)度PVDT-C0-PVI多臂水凝膠管是以2-乙烯基-4, 6-二 氨基-1，3, 5-三嗪和咪唑?yàn)樵希诮宦?lián)劑和引發(fā)劑存在下共聚制成，實(shí)現(xiàn)2-乙烯 基-4, 6-二氨基-1，3, 5-三嗪增強(qiáng)作用，由咪唑和鋅離子的絡(luò)合固定作用所制備的多臂水 凝膠管具有很強(qiáng)的抗彎曲和抗壓縮能力的同時(shí)兼具抗菌和抗炎癥的效果。產(chǎn)品制備方法簡 單，產(chǎn)品易于長期保存和長途運(yùn)輸。
【附圖說明】
[0015] 圖1是本發(fā)明水凝膠在5mM的ZnSO4水溶液中固定成多臂管形狀的實(shí)物圖。
[0016] 圖2是本發(fā)明水凝膠及其原料的紅外光譜圖，其中A是交聯(lián)劑聚乙二醇二丙烯酸 酯所形成的凝膠，B是單體2-乙烯基-4, 6-二氨基-1，3, 5-三嗪和交聯(lián)劑聚乙二醇二丙烯 酸酯所形成的凝膠，C是單體乙烯基咪唑和交聯(lián)劑聚乙二醇二丙烯酸酯所形成的凝膠，D是 單體2-乙烯基-4, 6-二氨基-1，3, 5-三嗪，乙烯基咪唑和交聯(lián)劑聚乙二醇二丙烯酸酯所形 成的凝膠。
[0017] 圖3是本發(fā)明水凝膠的俯視圖，其中a為外壁結(jié)構(gòu)的直徑，b為空芯結(jié)構(gòu)的直徑，c 為同心圓筒壁的厚度。
[0018] 圖4是本發(fā)明水凝膠的正視圖，其中a為外壁結(jié)構(gòu)的直徑，d為圓筒高度。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0020] 將單體 2-乙烯基-4, 6-二氨基-1，3, 5-三嗪（98mg，TokyoKaseiKogyo)，咪 P坐（42,約42yl，sigma)，和交聯(lián)劑聚乙二醇二丙稀酸酯（25mg，數(shù)均分子量4000，sigma) 加入到1.5ml離心管中，用750yl的二甲基亞砜（DMSO)溶解單體和交聯(lián)劑后，加入光 引發(fā)劑Irgacure2959(5mg，l-[4-(2-羥乙氧基）-亞苯基]-2-羥基-2'，2'-二甲基 乙酮，sigma)。將含有單體，交聯(lián)劑和引發(fā)劑的溶劑注入密閉模具中，模具在紫外固化箱 (XL-1000UV，SpectronicsCorporation)中照射30min，以充分引發(fā)自由基聚合。隨后打開 模具取出水凝膠，用去離子水反復(fù)沖洗數(shù)次，并浸泡7天，每隔12h更換上述去離子水。然 后將所得水凝膠卷成多臂管的形狀，浸泡在5mM的ZnSO4溶液中24小時(shí)固定形狀后，產(chǎn)品 如附圖1所示。
[0021] 使用紅外光譜對原料和產(chǎn)物進(jìn)行表征，如附圖2所示，A是交聯(lián)劑聚乙二醇二丙烯 酸酯所形成的凝膠，B是單體2-乙烯基-4, 6-二氨基-1，3, 5-三嗪和交聯(lián)劑聚乙二醇二丙 烯酸酯所形成的凝膠，C是單體乙烯基咪唑和交聯(lián)劑聚乙二醇二丙烯酸酯所形成的凝膠，D 是單體2-乙烯基-4, 6-二氨基-1，3, 5-三嗪，乙烯基咪唑和交聯(lián)劑聚乙二醇二丙烯酸酯所 形成的凝膠。A中2877,1736,1461和IlOOcm1處分別是聚乙二醇二丙烯酸酯中CH2，C= 0 和C-O-C的振動(dòng)峰。B中3299和1631cm1處是2-乙烯基-4, 6-二氨基-1，3, 5-三嗪中NH2 所形成氫鍵的振動(dòng)峰。C中3100cm1處是乙烯基咪唑中咪唑的特征峰。上述所有特征峰均 在D中出現(xiàn)，說明凝膠的成功合成。