压电水凝胶的制备方法及产品

摘要

本发明压电水凝胶的制备方法包括以下步骤：步骤1：将力学性能和生物相容性兼具的基体材料溶解在90℃的水溶液里形成溶液A；将压电材料溶解在75℃的二甲亚砜溶液里形成溶液B；步骤2：将步骤1得到的溶液A和B迅速混合并倒入模具中，之后放入‑20℃的冰箱里进行冷冻，冷冻解冻循环操作三次后得到压电凝胶；步骤3：将步骤2得到的压电水凝胶解冻后，放入乙醇梯度溶液里进行脱水和去除残留二甲亚砜得到压电水凝胶产品。本发明可以适应不同缺损部位的力学强度，最后通过水凝胶模拟的生理微环境与压电刺激的共同作用来达到修复缺损部位的目的。本发明还公开了上述方法制备的压电水凝胶产品。

权利要求

1.压电水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：将力学性能和生物相容性兼具的基体材料溶解在90℃的水溶液里形成溶液A；

将压电材料溶解在75℃的二甲亚砜溶液里形成溶液B；

步骤2：将步骤1得到的溶液A和B迅速混合并倒入模具中，之后放入‑20℃的冰箱里进行冷冻，冷冻解冻循环操作三次后得到压电凝胶；

步骤3：将步骤2得到的压电水凝胶解冻后，放入乙醇梯度溶液里进行脱水和去除残留二甲亚砜得到压电水凝胶产品；

所述基体材料为聚乙烯醇、丙烯腈、聚谷氨酸、赖氨酸中的一种或一种以上的混合物；

所述压电材料为具有压电效应的钛酸钡、聚偏氟乙烯、聚氨酯中的一种或一种以上的混合物；

所述步骤1的反应时间为8h；

步骤1中采用的成分质量分数为：基体材料10％‑20％、压电材料10％‑20％、水溶液：

40％‑60％；

所述步骤3的乙醇的总用量和步骤2解冻后的压电凝胶的体积比≥30:1，脱水时间≥

24h。

2.如权利要求1所述的压电水凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤2中先将溶液B倒入溶液A中混合，之后再迅速倒入模具中。

3.如权利要求1所述的压电水凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤2中的冷冻时间为18h、解冻4h。

4.如权利要求1所述的压电水凝胶的制备方法，其特征在于，所述的模具为培养皿或者试管。

说明书

压电水凝胶的制备方法及产品

技术领域

[0001] 本发明涉及水凝胶技术领域，具体涉及一种压电水凝胶的制备方法及产品。

背景技术

[0002] 水凝胶，作为一种内部结构和生物组织极其相似的材料，已经在生物医学工程上得到了广泛的应用，诸如作为人工皮肤、生物传感器以及组织工程中的支架材料等。特别是在组织工程中的自修复领域中，水凝胶凭借其内部独特的网络孔径结构，提供细胞迁移、生长和繁殖等生理微环境，从而达到了促进组织修复等目的。但是单纯的水凝胶因为其力学较差，修复作用单一，限制了其在一些特殊组织中的应用，诸如在骨和软骨缺损这一领域。因此制备一种力学性能优异且具有刺激组织细胞生长、繁殖作用的智能水凝胶具有重要意义。

发明内容

[0003] 本发明的主要目的在于提供一种压电水凝胶的制备方法及其产品，以解决现有技术中水凝胶力学性能差、修复作用单一的技术问题。

[0004] 为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种压电水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

[0005] 步骤1：将力学性能和生物相容性兼具的基体材料溶解在90℃的水溶液里形成溶液A；将压电材料溶解在75℃的二甲亚砜溶液里形成溶液B；

[0006] 步骤2：将步骤1得到的溶液A和B迅速混合并倒入模具中，之后放入‑20℃的冰箱里进行冷冻，冷冻解冻循环操作三次后得到压电凝胶；

[0007] 步骤3：将步骤2得到的压电水凝胶解冻后，放入乙醇梯度溶液里进行脱水和去除残留二甲亚砜得到压电水凝胶产品。

[0008] 本发明在制备压电水凝胶时，通过调整基体材料和掺杂材料的比例，可以调整材料内部网络孔径的大小，以适应不同细胞的生长、迁移，还可以调整材料压电电压的输出大小；同时还可以根据脱水乙醇的比例，以适应不同缺损部位的力学强度，最后通过水凝胶模拟的生理微环境与压电刺激的共同作用来达到修复缺损部位的目的。

[0009] 进一步地，所述基体材料为聚乙烯醇、丙烯腈、聚谷氨酸、赖氨酸中的一种或一种以上的混合物。

[0010] 进一步地，所述压电材料为具有压电效应的钛酸钡、聚偏氟乙烯、聚氨酯中的一种或一种以上的混合物。

[0011] 进一步地，步骤1中采用的成分质量分数为：基体材料10％‑20％、压电材料10％‑20％、水溶液：40％‑60％。

[0012] 进一步地，所述步骤1的反应时间为8h。

[0013] 进一步地，所述步骤2中先将溶液B倒入溶液A中混合，之后再迅速倒入模具中。

[0014] 进一步地，所述步骤2中的冷冻时间为18h、解冻4h。

[0015] 进一步地，所述步骤3的乙醇的总用量和步骤2解冻后的压电凝胶的体积比≥30:1，脱水时间≥24h。

[0016] 进一步地，所述的模具为培养皿或者试管。

[0017] 本发明另一方面提供了一种压电水凝胶，该压电水凝胶为采用上述压电水凝胶的制备方法制备所得的产品。

[0018] 可见，本发明在制备压电水凝胶时，通过调整基体材料和掺杂材料的比例，可以调整材料内部网络孔径的大小，以适应不同细胞的生长、迁移，还可以调整材料压电电压的输出大小；同时还可以根据脱水乙醇的比例，以适应不同缺损部位的力学强度，最后通过水凝胶模拟的生理微环境与压电刺激的共同作用来达到修复缺损部位的目的。下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

[0019] 构成本发明的一部分的附图用来辅助对本发明的理解，附图中所提供的内容及其在本发明中有关的说明可用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。在附图中：

[0020] 图1为本发明实例1‑4的压缩应力曲线示意图。

[0021] 图2为本发明实例1‑4的拉伸应力曲线示意图。

[0022] 图3为本发明实例6的压电电压输出示意图。

[0023] 图4为本发明实例1所得压电水凝胶的扫描示意图。

[0024] 图5为本发明实例2所得压电水凝胶的的扫描示意图。

[0025] 图6为本发明实例3所得压电水凝胶的的扫描示意图。

具体实施方式

[0026] 下面结合附图对本发明进行清楚、完整的说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。在结合附图对本发明进行说明前，需要特别指出的是：

[0027] 本发明中在包括下述说明在内的各部分中所提供的技术方案和技术特征，在不冲突的情况下，这些技术方案和技术特征可以相互组合。

[0028] 此外，下述说明中涉及到的本发明的实施例通常仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。因此，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

[0029] 关于本发明中术语和单位。本发明的说明书和权利要求书及有关的部分中的术语“包括”、“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

[0030] 本发明的一个方面，提供了一种压电水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

[0031] 步骤1：将力学性能和生物相容性兼具的基体材料溶解在90℃的水溶液里形成溶液A；将压电材料溶解在75℃的二甲亚砜溶液里形成溶液B；

[0032] 步骤2：将步骤1得到的溶液A和B迅速混合并倒入模具中，之后放入‑20℃的冰箱里进行冷冻，冷冻解冻循环操作三次后得到压电凝胶；

[0033] 步骤3：将步骤2得到的压电水凝胶解冻后，放入乙醇梯度溶液里进行脱水和去除残留二甲亚砜得到压电水凝胶产品。

[0034] 本发明在制备压电水凝胶时，通过调整基体材料和掺杂材料的比例，可以调整材料内部网络孔径的大小，以适应不同细胞的生长、迁移，还可以调整材料压电电压的输出大小；同时还可以根据脱水乙醇的比例，以适应不同缺损部位的力学强度，最后通过水凝胶模拟的生理微环境与压电刺激的共同作用来达到修复缺损部位的目的。

[0035] 所述基体材料为聚乙烯醇、丙烯腈、聚谷氨酸、赖氨酸中的一种或一种以上的混合物。

[0036] 所述压电材料为具有压电效应的钛酸钡、聚偏氟乙烯、聚氨酯中的一种或一种以上的混合物。

[0037] 步骤1中采用的成分质量分数为：基体材料10％‑20％、压电材料10％‑20％、水溶液： 40％‑60％。

[0038] 所述步骤1的反应时间为8h。

[0039] 所述步骤2中先将溶液B倒入溶液A中混合，之后再迅速倒入模具中。

[0040] 所述步骤2中的冷冻时间为18h、解冻4h。

[0041] 所述步骤3的乙醇的总用量和步骤2解冻后的压电凝胶的体积比≥30:1，脱水时间≥24h。

[0042] 所述的模具为培养皿或者试管。

[0043] 压电水凝胶，为采用上述压电水凝胶的制备方法制备所得的产品。

[0044] 可见，本发明在制备压电水凝胶时，通过调整基体材料和掺杂材料的比例，可以调整材料内部网络孔径的大小，以适应不同细胞的生长、迁移，还可以调整材料压电电压的输出大小；同时还可以根据脱水乙醇的比例，以适应不同缺损部位的力学强度，最后通过水凝胶模拟的生理微环境与压电刺激的共同作用来达到修复缺损部位的目的。

[0045] 以下通过具体的实施例对本发明做进一步说明。

[0046] 实施例1

[0047] 称取7.5g的聚乙烯醇，溶于40ml的水溶液和10ml的二甲亚砜溶液中形成质量分数为15％的溶液A。反应温度为94℃，反应时间为8h。

[0048] 称取7.5g的聚偏氟乙烯，溶于50ml的二甲亚砜溶液中形成质量分数为15％的溶液B。反应温度为75℃，反应时间为8h。

[0049] 将溶液B倒入溶液A中混合，在凝胶形成前迅速倒入规格为φ10mm的培养皿中。

[0050] 将装有混合溶液的培养皿放入‑20℃的冰箱里，冷冻18h，再在室温下解冻6h。如此冷冻 ‑解冻循环三次，得到压电水凝胶。

[0051] 将得到的凝胶放入70％乙醇溶液中脱去二甲亚砜。乙醇用量和水凝胶的体积比为30:1，脱水24h后，得到最终产物压电水凝胶。

[0052] 实施例2

[0053] 称取5g的聚乙烯醇1799，溶于40ml的水溶液和10ml的二甲亚砜溶液中形成质量分数为10％的溶液A。反应温度为94℃，反应时间为8h。

[0054] 称取10g的聚偏氟乙烯，溶于50ml的二甲亚砜溶液中形成质量分数为20％的溶液B。反应温度为75℃，反应时间为8h。

[0055] 将溶液B倒入溶液A中混合，在凝胶形成前迅速倒入规格为φ10mm的培养皿中。

[0056] 将装有混合溶液的培养皿放入‑20℃的冰箱里，冷冻18h，再在室温下解冻6h。如此冷冻 ‑解冻循环三次，得到压电水凝胶。

[0057] 将得到的凝胶放入70％乙醇溶液中脱去二甲亚砜。乙醇用量和水凝胶的体积比为30:1，脱水24h后，得到最终产物压电水凝胶。

[0058] 实施例3

[0059] 称取10的聚乙烯醇，溶于40ml的水溶液和10ml的二甲亚砜溶液中形成质量分数为20％的溶液A。反应温度为94℃，反应时间为8h。

[0060] 称取5的聚偏氟乙烯，溶于50ml的二甲亚砜溶液中形成质量分数为10％的溶液B。反应温度为75℃，反应时间为8h。

[0061] 将溶液B倒入溶液A中混合，在凝胶形成前迅速倒入规格为φ10mm的培养皿中。

[0062] 将装有混合溶液的培养皿放入‑20℃的冰箱里，冷冻18h，再在室温下解冻6h。如此冷冻 ‑解冻循环三次，得到压电水凝胶。

[0063] 将得到的凝胶放入70％乙醇溶液中脱去二甲亚砜。乙醇用量和水凝胶的体积比为30:1，脱水24h后，得到最终产物压电水凝胶。

[0064] 实施例4

[0065] 本例与实施例1～3不同之处在于采用是聚乙烯醇1788；所用脱水乙醇溶液的含量为50％。

[0066] 实施例5

[0067] 本例与实施例1～3不同之处在于采用是聚乙烯醇2699；所用脱水乙醇溶液的含量为90％。

[0068] 实施例6

[0069] 应用实验；采用实施例1的制备方法制备规格为d×h(1mm×0.1mm)的圆柱形试样，对其两个断面喷金，然后对材料持续施加10N的循环力，通过数字源表得到材料在10N下的压电输出电压为0.15V左右。如图3所示，实施例6的水凝胶材料，在F＝10N的循环载荷作用下，能够产生0.15V左右的电压。

[0070] 如图1‑2所示，从压缩应力和拉伸应力图可以看出，该压电水凝胶的力学性能主要是PVA 和PVDF协同作用的结果，PVA三维网络支架结构起承受载荷的作用，PVDF则在其中起到增韧位点的作用。改变PVA和PVDF的含量或者PVA的聚合度，水凝胶的三维网络结构和交联度也随之改变，压缩和拉伸应力就会产生变化。图4为本发明实例1所得压电水凝胶的扫描示意图。图5为本发明实例2所得压电水凝胶的的扫描示意图。图6为本发明实例3所得压电水凝胶的的扫描示意图。

[0071] 以上对本发明的有关内容进行了说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。基于本发明的上述内容，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。