一种金属离子交联水凝胶及制备方法和应用转让专利
申请号 : CN202011380599.8
文献号 : CN112426981B
文献日 : 2021-12-28
发明人 : 钱军民 , 纪利杰 , 胥伟军
申请人 : 西安交通大学
摘要 :
本发明公开了一种金属离子交联水凝胶及制备方法和应用，利用碳二亚胺法制备出酰肼基团改性的水溶性高分子，然后将酰肼化高分子水溶液和金属离子溶液混合均匀，即得到金属离子交联水凝胶。本发明的水凝胶以金属离子为交联剂，具有胶凝时间可控、力学性能可调、自愈合性等优点，该水凝胶的制备方法简单，工艺条件温和，适用金属离子种类广泛。本发明的水凝胶在三维肿瘤模型构建、肿瘤局部治疗、生物医学诊疗剂、伤口抗菌敷料、药物递送、污水中重金属离子去除等领域具有广泛的应用前景。
权利要求 :
1.一种金属离子交联水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）利用碳二亚胺法将含酰肼基团的有机小分子接枝于含羧基的水溶性高分子上，经透析‑冷冻干燥工艺或非溶剂沉淀过程，得到改性度为5% 80%的酰肼化高分子；
~
具体过程为：向含羧基的水溶性高分子水溶液中加入1‑(3‑二甲氨基丙基)‑3‑乙基碳二亚胺盐酸盐和N‑羟基琥珀酰亚胺，调节pH值为4.0 7.0后加入含酰肼基团的有机小分子，~
室温反应12小时 36小时，经透析‑冷冻干燥工艺或非溶剂沉淀过程，得到改性度为5% 80%~ ~
的酰肼化高分子；
（2）将酰肼化高分子水溶液与金属离子溶液混合均匀，获得金属离子交联水凝胶；其中，所述的金属离子溶液为金属离子的硝酸盐、氯化物或硫酸盐的水溶液；
含酰肼基团的有机小分子为含至少两个酰肼基团的有机小分子；
含羧基的水溶性高分子为含羧基多糖、含羧基多肽或含羧基聚丙烯酸酯类物质；
含至少两个酰肼基团的有机小分子为3,3'‑二硫代二丙酰肼、2,2'‑二硫代二乙酰肼、
4,4'‑二硫代二丁酰肼、乙二酸二酰肼、己二酸二酰肼、丙二酸二酰肼、丁二酸二酰肼、癸二酸二酰肼、间苯二甲酸二酰肼、对苯二甲酸二酰肼、柠檬酸三酰肼或1,3,5‑苯三甲酰肼；
含羧基多糖为透明质酸钠、海藻酸钠、羧甲基纤维素钠或羧甲基壳聚糖，含羧基多肽为聚谷氨酸或聚天冬氨酸，含羧基聚丙烯酸酯类物质为聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚马来酸或聚马来酸共聚物；
所述的酰肼化高分子水溶液的质量浓度为0.2%‑30%，金属离子溶液中金属离子的质量含量为0.01%‑5%。
2.根据权利要求1所述的一种金属离子交联水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤（1）中1‑(3‑二甲氨基丙基)‑3‑乙基碳二亚胺盐酸盐的用量是待改性羧基摩尔数的1 1.2倍，N‑~
羟基琥珀酰亚胺的用量是待改性羧基摩尔数的1 1.5倍，含羧基的水溶性高分子水溶液的~
质量浓度为0.2% 10%。
~
3.根据权利要求1所述的一种金属离子交联水凝胶的制备方法，其特征在于：酰肼基团数量为待改性羧基数量的5‑40倍。
4.根据权利要求1所述的一种金属离子交联水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述的含羧基的水溶性高分子的分子量为5000 Da 3000 kDa；
~
步骤（1）所述的透析的条件为：采用透析袋的截留分子量为1000 Da，透析时间为8小时至4天；所述的冷冻干燥条件为：零下20摄氏度，干燥12小时 72小时。
~
5.根据权利要求1所述的一种金属离子交联水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述的非溶剂沉淀过程所用的溶剂为丙酮、乙醇、甲醇或质量浓度为5% 25%的氯化钠水~
溶液，溶剂用量为反应12小时 36小时后得到的反应溶液体积的3‑8倍。
~
6.根据权利要求5所述的一种金属离子交联水凝胶的制备方法，其特征在于：金属离子溶液为氯化钙、氯化铜、硝酸银、硝酸铜、氯化锌、硝酸铬、氯化钆、顺铂、氯金酸或硫酸铜的水溶液。
7.一种根据权利要求1‑6中任意一项所述方法制备的金属离子交联水凝胶。
8.一种如权利要求7所述的金属离子交联水凝胶在生物医学、药物递送与去除水体中重金属离子中的应用。
说明书 :
一种金属离子交联水凝胶及制备方法和应用
技术领域
[0001] 本发明属于水凝胶技术领域，具体涉及一种金属离子交联的水凝胶及制备方法和应用。
背景技术
[0002] 水凝胶是一种含水量高于95％的、具有三维网络结构的高分子体系。由于水凝胶具有生物相容性好、吸水倍率高、力学性质可调、制备方法灵活等优点，在生物医学、医美产
品、水处理、3D打印、药物递送等领域具有重要应用价值。
品、水处理、3D打印、药物递送等领域具有重要应用价值。
[0003] 水凝胶制备方法多种多样，主要分为两大类，即化学交联水凝胶和物理交联水凝胶。化学交联水凝胶主要通过化学交联聚合反应或大分子链间形成共价键连接而形成的三
维网络结构体系，具有结构稳定、强度高等优点，但其往往不具有自愈合性和刺激响应性等
特点。物理交联水凝胶是通过分子间静电作用、氢键、共晶、主‑客体作用或配位作用等形成
的，具有非永久性特点，通常对外界刺激如光、热、pH值等敏感。物理交联水凝胶制备方法相
对简单，此类水凝胶受到越来越多的关注。其中，通过金属离子作为交联剂制备水凝胶引起
重视，这类水凝胶不仅可表现出金属离子的功能性，还往往具有pH值和离子强度响应性、自
愈合性、制备条件温和等优点。然而，目前金属离子交联水凝胶往往仅适用于单一或少数几
个金属离子或有机配体，应用范围有限。
维网络结构体系，具有结构稳定、强度高等优点，但其往往不具有自愈合性和刺激响应性等
特点。物理交联水凝胶是通过分子间静电作用、氢键、共晶、主‑客体作用或配位作用等形成
的，具有非永久性特点，通常对外界刺激如光、热、pH值等敏感。物理交联水凝胶制备方法相
对简单，此类水凝胶受到越来越多的关注。其中，通过金属离子作为交联剂制备水凝胶引起
重视，这类水凝胶不仅可表现出金属离子的功能性，还往往具有pH值和离子强度响应性、自
愈合性、制备条件温和等优点。然而，目前金属离子交联水凝胶往往仅适用于单一或少数几
个金属离子或有机配体，应用范围有限。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于提供了一种金属离子交联水凝胶及制备方法和应用，解决了现有水凝胶制备方法复杂、金属离子释放无法控制、金属离子交联体系适用范围窄的难题。
[0005] 一种金属离子交联水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
[0006] (1)利用碳二亚胺法将含酰肼基团的有机小分子接枝于含羧基的水溶性高分子上，经透析‑冷冻干燥工艺或非溶剂沉淀过程，得到改性度为5％～80％的酰肼化高分子；
[0007] (2)将酰肼化高分子水溶液与金属离子溶液混合均匀，获得金属离子交联水凝胶。
[0008] 本发明进一步的改进在于：步骤(1)的具体过程为：向含羧基的水溶性高分子水溶液中加入1‑(3‑二甲氨基丙基)‑3‑乙基碳二亚胺盐酸盐和N‑羟基琥珀酰亚胺，调节pH值为
4.0～7.0后加入含酰肼基团的有机小分子，室温反应12小时～36小时，经透析‑冷冻干燥工
艺或非溶剂沉淀过程，得到改性度为5％～80％的酰肼化高分子。
4.0～7.0后加入含酰肼基团的有机小分子，室温反应12小时～36小时，经透析‑冷冻干燥工
艺或非溶剂沉淀过程，得到改性度为5％～80％的酰肼化高分子。
[0009] 本发明进一步的改进在于：步骤(1)中1‑(3‑二甲氨基丙基)‑3‑乙基碳二亚胺盐酸盐的用量是酰肼化度的1～1.2倍，N‑羟基琥珀酰亚胺的用量是酰肼化度的1～1.5倍，含羧
基的水溶性高分子水溶液的质量浓度为0.2％～10％。
基的水溶性高分子水溶液的质量浓度为0.2％～10％。
[0010] 本发明进一步的改进在于：含酰肼基团的有机小分子为含至少两个酰肼基团的有机小分子，酰肼基团数量为待改性羧基数量的5‑40倍；
[0011] 含羧基的水溶性高分子为含羧基多糖、含羧基多肽或含羧基聚丙烯酸酯类物质。
[0012] 本发明进一步的改进在于：含至少两个酰肼基团的有机小分子为3,3'‑二硫代二丙酰肼、2,2'‑二硫代二乙酰肼、4,4'‑二硫代二丁酰肼、乙二酸二酰肼、己二酸二酰肼、丙二
酸二酰肼、丁二酸二酰肼、癸二酸二酰肼、间苯二甲酸二酰肼、对苯二甲酸二酰肼、柠檬酸三
酰肼或1,3,5‑苯三甲酰肼；
酸二酰肼、丁二酸二酰肼、癸二酸二酰肼、间苯二甲酸二酰肼、对苯二甲酸二酰肼、柠檬酸三
酰肼或1,3,5‑苯三甲酰肼；
[0013] 含羧基多糖为透明质酸钠、海藻酸钠、羧甲基纤维素钠或羧甲基壳聚糖，含羧基多肽为聚谷氨酸或聚天冬氨酸，含羧基聚丙烯酸酯类物质为聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚马来
酸或聚马来酸共聚物。
酸或聚马来酸共聚物。
[0014] 本发明进一步的改进在于：步骤(1)中所述的含羧基的水溶性高分子的分子量为5000Da～3000kDa；
[0015] 步骤(1)所述的透析的条件为：采用透析袋的截留分子量为1000Da，透析时间为8小时至4天，所述的冷冻干燥条件为：零下20摄氏度，干燥12小时～72小时。
[0016] 本发明进一步的改进在于：步骤(1)中所述的非溶剂沉淀过程所用的溶剂为丙酮、乙醇、甲醇或质量浓度为5％～25％的氯化钠水溶液，溶剂用量为反应12小时～36小时后得
到的反应溶液体积的3‑8倍。
到的反应溶液体积的3‑8倍。
[0017] 本发明进一步的改进在于：步骤(2)中所述的酰肼化高分子水溶液的质量浓度为0.2％‑30％，金属离子溶液中金属离子的质量含量为0.01％‑5％；所述的金属离子溶液为
金属离子的硝酸盐、氯化物或硫酸盐的水溶液。
金属离子的硝酸盐、氯化物或硫酸盐的水溶液。
[0018] 本发明进一步的改进在于：金属离子溶液为氯化钙、氯化铜、硝酸银、硝酸铜、氯化锌、硝酸铬、氯化钆、顺铂、氯金酸或硫酸铜的水溶液。
[0019] 一种根据上述方法制备的金属离子交联水凝胶。
[0020] 一种如上所述金属离子交联水凝胶在生物医学、药物递送与去除水体中重金属离子中的应用。
[0021] 本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：(1)本发明的金属离子交联水凝胶是通过金属离子和酰肼基团间配位作用实现交联作用的，这种配位反应对金属离子无特异选
择性，适用金属离子种类多；(2)本发明的金属离子交联水凝胶是基于配位键的，具有动态
变化特点，所得水凝胶大多具有自愈合性、力学性能可调和金属离子释放速率可控等优点；
(3)本发明的金属离子水凝胶通过在室温水相中混合酰肼化大分子和金属离子即可得到，
制备条件温和，工艺简单，胶凝时间可控，规模化生产前景好。
择性，适用金属离子种类多；(2)本发明的金属离子交联水凝胶是基于配位键的，具有动态
变化特点，所得水凝胶大多具有自愈合性、力学性能可调和金属离子释放速率可控等优点；
(3)本发明的金属离子水凝胶通过在室温水相中混合酰肼化大分子和金属离子即可得到，
制备条件温和，工艺简单，胶凝时间可控，规模化生产前景好。
附图说明
[0022] 图1为实施例1至实施例6制备的Ca2+、Ag+、Zn2+、Cu2+、Pt2+和Cr3+交联透明质酸水凝胶的照片。其中，(a)为实施例1，(b)为实施例2，(c)为实施例3，(d)为实施例4，(e)为实施例
5，(f)为实施例6。
5，(f)为实施例6。
[0023] 图2为实施例3制备的Zn2+交联透明质酸水凝胶的抗菌性能照片。
具体实施方式
[0024] 下面将结合具体实施例对本发明进行进一步阐述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分，而不是本发明的全部实施例，所描述的实施例用于说明本发明而不用于
限制本发明的范围。
限制本发明的范围。
[0025] 本发明的一种金属离子交联水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
[0026] (1)利用碳二亚胺法将含酰肼基团的有机小分子接枝于含羧基的水溶性高分子上，室温反应12小时～36小时后经透析‑冷冻干燥工艺或非溶剂沉淀过程，得到改性度为
5％～80％的酰肼化高分子；
5％～80％的酰肼化高分子；
[0027] (2)将酰肼化高分子水溶液与金属离子溶液混合均匀，即可获得所述金属离子交联水凝胶。
[0028] 步骤(1)所述的碳二亚胺法所用的试剂为1‑(3‑二甲氨基丙基)‑3‑乙基碳二亚胺盐酸盐和N‑羟基琥珀酰亚胺，1‑(3‑二甲氨基丙基)‑3‑乙基碳二亚胺盐酸盐的用量是含羧
基的水溶性高分子中待改性羧基摩尔数的1～1.2倍，N‑羟基琥珀酰亚胺的用量是含羧基的
水溶性高分子中待改性羧基摩尔数的1～1.5倍，水溶性高分子质量百分比浓度为0.2％～
10％。
基的水溶性高分子中待改性羧基摩尔数的1～1.2倍，N‑羟基琥珀酰亚胺的用量是含羧基的
水溶性高分子中待改性羧基摩尔数的1～1.5倍，水溶性高分子质量百分比浓度为0.2％～
10％。
[0029] 步骤(1)所述的含酰肼基团的有机小分子为含至少两个酰肼基团的有机小分子，包含但不限于3,3'‑二硫代二丙酰肼、2,2'‑二硫代二乙酰肼、4,4'‑二硫代二丁酰肼、乙二
酸二酰肼、己二酸二酰肼、丙二酸二酰肼、丁二酸二酰肼、癸二酸二酰肼、间苯二甲酸二酰
肼、对苯二甲酸二酰肼、柠檬酸三酰肼、1,3,5‑苯三甲酰肼等，酰肼基团数量为待改性羧基
数量的5‑40倍。
酸二酰肼、己二酸二酰肼、丙二酸二酰肼、丁二酸二酰肼、癸二酸二酰肼、间苯二甲酸二酰
肼、对苯二甲酸二酰肼、柠檬酸三酰肼、1,3,5‑苯三甲酰肼等，酰肼基团数量为待改性羧基
数量的5‑40倍。
[0030] 步骤(1)所述的水溶性高分子为含羧基多糖如透明质酸钠、海藻酸钠、羧甲基纤维素钠、羧甲基壳聚糖等，含羧基多肽如聚谷氨酸和聚天冬氨酸等，或含羧基聚丙烯酸酯类如
聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚马来酸及其共聚物等。
聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚马来酸及其共聚物等。
[0031] 步骤(1)所述的水溶性高分子的分子量为5000Da～3000kDa。
[0032] 步骤(1)所述的透析的条件为截留分子量为1000Da、透析时间为8小时至4天，所述的冷冻干燥条件零下20摄氏度、12小时～72小时。
[0033] 步骤(1)所述的非溶剂沉淀过程所用的溶剂为丙酮、乙醇、甲醇或5％～25％氯化钠水溶液等，其用量为反应液体积的3‑8倍。
[0034] 步骤(2)所述的酰肼化高分子水溶液的浓度为0.2％‑30％。
[0035] 步骤(2)所述的金属离子溶液为金属离子的硝酸盐、氯化物或硫酸盐等，如氯化钙、氯化铜、硝酸银、硝酸铜、氯化锌、硝酸铬、氯化钆、顺铂、氯金酸、硫酸铜等；其中金属离
子的质量百分比含量为0.01％‑5％。
子的质量百分比含量为0.01％‑5％。
[0036] 本发明制备的金属离子交联水凝胶可用于生物医学、药物递送和水体中重金属离子去除等领域。
[0037] 下面为具体实施例。
[0038] 实施例1
[0039] 将分子量为200kDa的透明质酸钠制成质量百分比浓度为1％的溶液；然后，加入拟改性度1倍的1‑(3‑二甲氨基丙基)‑3‑乙基碳二亚胺盐酸盐和1.1倍的N‑羟基琥珀酰亚胺，
接着加入酰肼基团数量为拟改性度10倍的3,3'‑二硫代二丙酰肼；在pH值为5.0条件下室温
反应24小时后，利用截留分子量为1000Da的透析袋对水透析10小时，再经过零下20摄氏度
冷冻干燥24小时，得到改性度为20％的酰肼化透明质酸；最后，酰肼化透明质酸制成质量浓
度为3％的水溶液，与氯化钙溶液混合均匀，获得钙离子交联透明质酸水凝胶，其中钙离子
质量百分比浓度为0.1％。
接着加入酰肼基团数量为拟改性度10倍的3,3'‑二硫代二丙酰肼；在pH值为5.0条件下室温
反应24小时后，利用截留分子量为1000Da的透析袋对水透析10小时，再经过零下20摄氏度
冷冻干燥24小时，得到改性度为20％的酰肼化透明质酸；最后，酰肼化透明质酸制成质量浓
度为3％的水溶液，与氯化钙溶液混合均匀，获得钙离子交联透明质酸水凝胶，其中钙离子
质量百分比浓度为0.1％。
[0040] 本实施例制备的水凝胶的照片见图1中的(a)，由图可见，将钙离子溶液和酰肼化透明质酸溶液混合均匀后，会逐渐转变为凝胶状态，将其倒置无法变形。
[0041] 实施例2
[0042] 将分子量为200kDa的透明质酸钠制成质量百分比浓度为1％的溶液；然后，加入拟改性度1倍的1‑(3‑二甲氨基丙基)‑3‑乙基碳二亚胺盐酸盐和1.1倍的N‑羟基琥珀酰亚胺，
接着加入酰肼基团数量为拟改性度10倍的3,3'‑二硫代二丙酰肼；在pH值为5.0条件下室温
反应24小时后，利用截留分子量为1000Da的透析袋对水透析10小时，再经过零下20摄氏度
冷冻干燥24小时，得到改性度为20％的酰肼化透明质酸；最后，酰肼化透明质酸制成质量浓
度为3％的水溶液，与硝酸银溶液混合均匀，获得银离子交联透明质酸水凝胶，其中银离子
质量百分比浓度为0.2％。
接着加入酰肼基团数量为拟改性度10倍的3,3'‑二硫代二丙酰肼；在pH值为5.0条件下室温
反应24小时后，利用截留分子量为1000Da的透析袋对水透析10小时，再经过零下20摄氏度
冷冻干燥24小时，得到改性度为20％的酰肼化透明质酸；最后，酰肼化透明质酸制成质量浓
度为3％的水溶液，与硝酸银溶液混合均匀，获得银离子交联透明质酸水凝胶，其中银离子
质量百分比浓度为0.2％。
[0043] 本实施例制备的水凝胶的照片见图1中的(b)，现象与实施例1中的相似。
[0044] 实施例3
[0045] 将分子量为200kDa的透明质酸钠制成质量百分比浓度为1％的溶液；然后，加入拟改性度1.1倍的1‑(3‑二甲氨基丙基)‑3‑乙基碳二亚胺盐酸盐和1.3倍的N‑羟基琥珀酰亚
胺，接着加入酰肼基团数量为拟改性度10倍的3,3'‑二硫代二丙酰肼；在pH值为5.0条件下
室温反应24小时后，利用截留分子量为1000Da的透析袋对水透析10小时，再经过零下20摄
氏度冷冻干燥24小时，得到改性度为40％的酰肼化透明质酸；最后，酰肼化透明质酸制成质
量浓度为3％的水溶液，与锌离子溶液混合混匀，其中锌离子用量为酰肼化透明质酸质量的
15％，获得锌离子交联透明质酸水凝胶。
胺，接着加入酰肼基团数量为拟改性度10倍的3,3'‑二硫代二丙酰肼；在pH值为5.0条件下
室温反应24小时后，利用截留分子量为1000Da的透析袋对水透析10小时，再经过零下20摄
氏度冷冻干燥24小时，得到改性度为40％的酰肼化透明质酸；最后，酰肼化透明质酸制成质
量浓度为3％的水溶液，与锌离子溶液混合混匀，其中锌离子用量为酰肼化透明质酸质量的
15％，获得锌离子交联透明质酸水凝胶。
[0046] 本实施例制备的水凝胶的照片见图1中的(c)，现象与实施例1中的相似。本实施例制备的锌离子交联透明质酸水凝胶具有优异的抗菌性，对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑
菌率均达到100％，具体结果见图2。
菌率均达到100％，具体结果见图2。
[0047] 实施例4
[0048] 将分子量为200kDa的透明质酸钠制成质量百分比浓度为1％的溶液；然后，加入拟改性度1倍的1‑(3‑二甲氨基丙基)‑3‑乙基碳二亚胺盐酸盐和1.1倍的N‑羟基琥珀酰亚胺，
接着加入酰肼基团数量为拟改性度10倍的3,3'‑二硫代二丙酰肼；在pH值为5.0条件下室温
反应24小时后，利用截留分子量为1000Da的透析袋对水透析10小时，再经过零下20摄氏度
冷冻干燥24小时，得到改性度为20％的酰肼化透明质酸；最后，酰肼化透明质酸制成质量浓
度为3％的水溶液，与铜离子溶液混合均匀，获得铜离子交联透明质酸水凝胶，其中铜离子
质量为酰肼化透明质酸质量的5％。
接着加入酰肼基团数量为拟改性度10倍的3,3'‑二硫代二丙酰肼；在pH值为5.0条件下室温
反应24小时后，利用截留分子量为1000Da的透析袋对水透析10小时，再经过零下20摄氏度
冷冻干燥24小时，得到改性度为20％的酰肼化透明质酸；最后，酰肼化透明质酸制成质量浓
度为3％的水溶液，与铜离子溶液混合均匀，获得铜离子交联透明质酸水凝胶，其中铜离子
质量为酰肼化透明质酸质量的5％。
[0049] 本实施例制备的水凝胶的照片见图1中的(d)，现象与实施例1中的相似。
[0050] 实施例5
[0051] 将分子量为200kDa的透明质酸钠制成质量百分比浓度为1％的溶液；然后，加入拟改性度1倍的1‑(3‑二甲氨基丙基)‑3‑乙基碳二亚胺盐酸盐和1.1倍的N‑羟基琥珀酰亚胺，
接着加入酰肼基团数量为拟改性度10倍的3,3'‑二硫代二丙酰肼；在pH值为5.0条件下室温
反应24小时后，利用截留分子量为1000Da的透析袋对水透析10小时，再经过零下20摄氏度
冷冻干燥24小时，得到改性度为20％的酰肼化透明质酸；最后，酰肼化透明质酸制成质量浓
度为3％的水溶液，与顺铂溶液混合均匀，获得铂离子交联透明质酸水凝胶，其中顺铂质量
为酰肼化透明质酸质量的4％。
接着加入酰肼基团数量为拟改性度10倍的3,3'‑二硫代二丙酰肼；在pH值为5.0条件下室温
反应24小时后，利用截留分子量为1000Da的透析袋对水透析10小时，再经过零下20摄氏度
冷冻干燥24小时，得到改性度为20％的酰肼化透明质酸；最后，酰肼化透明质酸制成质量浓
度为3％的水溶液，与顺铂溶液混合均匀，获得铂离子交联透明质酸水凝胶，其中顺铂质量
为酰肼化透明质酸质量的4％。
[0052] 制备的水凝胶的照片见图1中的(e)，现象与实施例1中的相似。
[0053] 实施例6
[0054] 将分子量为200kDa的透明质酸钠制成质量百分比浓度为1％的溶液；然后，加入拟改性度1倍的1‑(3‑二甲氨基丙基)‑3‑乙基碳二亚胺盐酸盐和1.1倍的N‑羟基琥珀酰亚胺，
接着加入酰肼基团数量为拟改性度10倍的3,3'‑二硫代二丙酰肼；在pH值为5.0条件下室温
反应24小时后，利用截留分子量为1000Da的透析袋对水透析10小时，再经过零下20摄氏度
冷冻干燥24小时，得到改性度为20％的酰肼化透明质酸；最后，酰肼化透明质酸制成质量浓
度为3％的水溶液，与铬离子溶液混合均匀，获得铬离子交联透明质酸水凝胶，其中铬离子
质量百分比浓度为1％。
接着加入酰肼基团数量为拟改性度10倍的3,3'‑二硫代二丙酰肼；在pH值为5.0条件下室温
反应24小时后，利用截留分子量为1000Da的透析袋对水透析10小时，再经过零下20摄氏度
冷冻干燥24小时，得到改性度为20％的酰肼化透明质酸；最后，酰肼化透明质酸制成质量浓
度为3％的水溶液，与铬离子溶液混合均匀，获得铬离子交联透明质酸水凝胶，其中铬离子
质量百分比浓度为1％。
[0055] 制备的水凝胶的照片见图1中的(f)，现象与实施例1中的相似。
[0056] 实施例7
[0057] 向含羧基的水溶性高分子水溶液中加入1‑(3‑二甲氨基丙基)‑3‑乙基碳二亚胺盐酸盐和N‑羟基琥珀酰亚胺，调节pH值为4.0后加入含酰肼基团的有机小分子，室温反应12小
时，将反应溶液经透析‑冷冻干燥工艺，得到改性度为5％的酰肼化高分子。将酰肼化高分子
水溶液与金属离子溶液混合均匀，获得金属离子交联水凝胶。
时，将反应溶液经透析‑冷冻干燥工艺，得到改性度为5％的酰肼化高分子。将酰肼化高分子
水溶液与金属离子溶液混合均匀，获得金属离子交联水凝胶。
[0058] 其中，1‑(3‑二甲氨基丙基)‑3‑乙基碳二亚胺盐酸盐的用量是酰肼化度的1倍，N‑羟基琥珀酰亚胺的用量是酰肼化度的1倍，含羧基的水溶性高分子水溶液的质量浓度为
0.2％。
0.2％。
[0059] 酰肼基团数量为含羧基的水溶性高分子中待改性羧基数量的5倍。
[0060] 含至少两个酰肼基团的有机小分子为乙二酸二酰肼。
[0061] 含羧基的水溶性高分子为海藻酸钠。
[0062] 含羧基的水溶性高分子的分子量为1000kDa。
[0063] 透析‑冷冻干燥工艺为，截留分子量为1000Da，透析时间为2天，在零下20摄氏度，干燥12小时。
[0064] 酰肼化高分子水溶液的质量浓度为0.2％，金属离子溶液中金属离子的质量浓度为1％；
[0065] 金属离子溶液为氯化钙的水溶液。
[0066] 实施例8
[0067] 向含羧基的水溶性高分子水溶液中加入1‑(3‑二甲氨基丙基)‑3‑乙基碳二亚胺盐酸盐和N‑羟基琥珀酰亚胺，调节pH值为5.0后加入含酰肼基团的有机小分子，室温反应36小
时，将反应溶液经透析‑冷冻干燥工艺，得到改性度为80％的酰肼化高分子。将酰肼化高分
子水溶液与金属离子溶液混合均匀，获得金属离子交联水凝胶。
时，将反应溶液经透析‑冷冻干燥工艺，得到改性度为80％的酰肼化高分子。将酰肼化高分
子水溶液与金属离子溶液混合均匀，获得金属离子交联水凝胶。
[0068] 其中，1‑(3‑二甲氨基丙基)‑3‑乙基碳二亚胺盐酸盐的用量是酰肼化度的1.2倍，N‑羟基琥珀酰亚胺的用量是酰肼化度的1.2倍，含羧基的水溶性高分子水溶液的质量浓度
为10％。
为10％。
[0069] 酰肼基团数量为含羧基的水溶性高分子中待改性羧基数量的10倍；
[0070] 含至少两个酰肼基团的有机小分子为间苯二甲酸二酰肼；
[0071] 含羧基的水溶性高分子为羧甲基纤维素钠。
[0072] 含羧基的水溶性高分子的分子量为2000kDa。
[0073] 透析‑冷冻干燥工艺为，截留分子量为1000Da，透析时间为1天，在零下20摄氏度，干燥72小时。
[0074] 酰肼化高分子水溶液的质量浓度为30％，金属离子溶液中金属离子的质量浓度为0.01％；
[0075] 金属离子溶液为硝酸铜的水溶液。
[0076] 实施例9
[0077] 向含羧基的水溶性高分子水溶液中加入1‑(3‑二甲氨基丙基)‑3‑乙基碳二亚胺盐酸盐和N‑羟基琥珀酰亚胺，调节pH值为6.0后加入含酰肼基团的有机小分子，室温反应20小
时，将反应溶液经非溶剂沉淀过程，得到改性度为30％的酰肼化高分子。将酰肼化高分子水
溶液与金属离子溶液混合均匀，获得金属离子交联水凝胶。
时，将反应溶液经非溶剂沉淀过程，得到改性度为30％的酰肼化高分子。将酰肼化高分子水
溶液与金属离子溶液混合均匀，获得金属离子交联水凝胶。
[0078] 其中，1‑(3‑二甲氨基丙基)‑3‑乙基碳二亚胺盐酸盐的用量是酰肼化度的1.2倍，N‑羟基琥珀酰亚胺的用量是酰肼化度的1.5倍，含羧基的水溶性高分子水溶液的质量浓度
为3％。
为3％。
[0079] 酰肼基团数量为含羧基的水溶性高分子中待改性羧基数量的20倍；
[0080] 含至少两个酰肼基团的有机小分子为柠檬酸三酰肼；
[0081] 含羧基的水溶性高分子为聚谷氨酸。
[0082] 含羧基的水溶性高分子的分子量为200kDa。
[0083] 非溶剂沉淀过程所用的溶剂为丙酮，溶剂用量为反应溶液体积的3倍。
[0084] 酰肼化高分子水溶液的质量浓度为10％，金属离子溶液中金属离子的质量浓度为5％；
[0085] 金属离子溶液为氯金酸的水溶液。
[0086] 实施例10
[0087] 向含羧基的水溶性高分子水溶液中加入1‑(3‑二甲氨基丙基)‑3‑乙基碳二亚胺盐酸盐和N‑羟基琥珀酰亚胺，调节pH值为7.0后加入含酰肼基团的有机小分子，室温反应24小
时，得到反应溶液，将反应溶液经非溶剂沉淀过程，得到改性度为60％的酰肼化高分子。将
酰肼化高分子水溶液与金属离子溶液混合均匀，获得金属离子交联水凝胶。
时，得到反应溶液，将反应溶液经非溶剂沉淀过程，得到改性度为60％的酰肼化高分子。将
酰肼化高分子水溶液与金属离子溶液混合均匀，获得金属离子交联水凝胶。
[0088] 其中，1‑(3‑二甲氨基丙基)‑3‑乙基碳二亚胺盐酸盐的用量是酰肼化度的1.1倍，N‑羟基琥珀酰亚胺的用量是酰肼化度的1.3倍，含羧基的水溶性高分子水溶液的质量浓度
为7％。
为7％。
[0089] 酰肼基团数量为含羧基的水溶性高分子中待改性羧基数量的40倍；
[0090] 含至少两个酰肼基团的有机小分子为1,3,5‑苯三甲酰肼；
[0091] 含羧基的水溶性高分子为聚马来酸共聚物。
[0092] 含羧基的水溶性高分子的分子量为150kDa。
[0093] 非溶剂沉淀过程所用的溶剂为甲醇，溶剂用量为反应溶液体积的8倍。
[0094] 酰肼化高分子水溶液的质量浓度为20％，金属离子溶液中金属离子的质量浓度为3％；
[0095] 金属离子溶液为硫酸铜的水溶液。
[0096] 本发明制备的金属离子交联水凝胶能够在生物医学、药物递送与去除水体中重金属离子中的应用。
[0097] 本发明利用碳二亚胺法制备出酰肼基团改性的水溶性高分子，然后将酰肼化高分子水溶液和金属离子溶液混合均匀，即得到金属离子交联水凝胶。本发明的水凝胶以金属
离子为交联剂，具有胶凝时间可控、力学性能可调、自愈合性等优点，该水凝胶的制备方法
简单，工艺条件温和，适用金属离子种类广泛。本发明的水凝胶在三维肿瘤模型构建、肿瘤
局部治疗、生物医学诊疗剂、伤口抗菌敷料、药物递送、污水中重金属离子去除等领域具有
广泛的应用前景。
离子为交联剂，具有胶凝时间可控、力学性能可调、自愈合性等优点，该水凝胶的制备方法
简单，工艺条件温和，适用金属离子种类广泛。本发明的水凝胶在三维肿瘤模型构建、肿瘤
局部治疗、生物医学诊疗剂、伤口抗菌敷料、药物递送、污水中重金属离子去除等领域具有
广泛的应用前景。