CN113577370B

CN113577370B - 一种Janus水凝胶粘合剂及其制备方法与应用

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Publication number: CN113577370B
Application number: CN202110855470.6A
Authority: CN
Inventors: 陈云华; 张润林; 谢曼珊
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2021-07-28
Filing date: 2021-07-28
Publication date: 2022-11-18
Anticipated expiration: 2041-07-28
Also published as: CN113577370A

Abstract

本发明公开了一种Janus水凝胶粘合剂及其制备方法与应用，属于高分子材料技术领域。所述水凝胶先以丙烯酰胺为单体，将交联剂、光引发剂和单体溶解在水中，通过紫外光照射引发聚合制得Janus水凝胶的抗粘附层，然后以丙烯酸为单体，将其与交联剂、光引发剂、锂藻土溶解在水中，添加到抗粘层表面，通过紫外光照射引发聚合制得Janus水凝胶粘合剂。本发明制备的Janus水凝胶粘合剂两面具有不同的粘附性能，并具有良好的力学性能和优异的凝血性能，可对组织进行粘附，促进皮肤伤口的止血和封闭，并且能够防止术后二次粘连。本发明制备工艺简单易行，材料价格低廉，容易大规模制造，有较大应用推广价值。

Description

一种Janus水凝胶粘合剂及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种Janus水凝胶粘合剂及其制备方法与应用。

背景技术

水凝胶粘合剂是生物组织粘合的一种，具有操作简便、无创粘合、快速密封和止血、缩短手术时间以及减少手术创伤和手术缝合并发症等优点，逐渐成为传统手术缝合线的有效辅助或替代手段。

现如今市面上已经出现了很多水凝胶粘合剂，但它们几乎都是为双面粘连而设计的，大多用于体外粘附或皮肤创面愈合。这些传统的双面水凝胶粘合剂存在的一个临床问题是：由于其不加选择地粘附，产生了不理想的术后粘连，往往需要再入院进行二次手术，从而严重限制了其在内脏器官和组织修复中的临床应用。因此，为了解决这一难题，设计和构建一种既能牢固粘附于组织，又能防止术后组织粘连的水凝胶粘合剂具有重要的临床意义。

发明内容

为了解决现有技术的缺点和不足，本发明的首要目的在于提供一种Janus水凝胶粘合剂的制备方法。本发明基于聚丙烯酰胺、聚丙烯酸和锂藻土(Laponite)构建了两面具有不同粘附性的Janus水凝胶粘合剂，制备的Janus水凝胶粘合剂具有良好的机械性能、生物相容性、组织粘附性和凝血性能。

本发明的另一目的在于提供通过上述制备方法制备得到的Janus水凝胶粘合剂。

本发明的另一目的在于提供上述Janus水凝胶粘合剂的应用。

为实现以上目的，本发明采用了以下技术方案：

一种Janus水凝胶粘合剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)取丙烯酰胺、交联剂、光引发剂，加水，避光搅拌，得到水凝胶预聚液；

(2)对步骤(1)所得水凝胶预聚液照射紫外光引发聚合交联反应，得到聚丙烯酰胺水凝胶；

(3)在锂藻土(Laponite)水溶液中加入丙烯酸、交联剂和光引发剂，避光搅拌，得到混合液；

(4)将步骤(3)所得混合液浇在步骤(2)所得聚丙烯酰胺水凝胶表面，照射紫外光引发聚合交联反应，即获得所述的Janus水凝胶粘合剂。

进一步地，步骤(1)中所述的丙烯酰胺占溶液质量的百分数为15～35wt％；所述的交联剂占溶液质量的百分数为0.03～0.1wt％；所述的光引发剂的占溶液质量的百分数为0.2～1wt％。

进一步地，步骤(1)中所述的交联剂为N，N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)。

进一步地，步骤(1)中所述的光引发剂为2-羟基-4′-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮(I2959)、酰基亚膦酸锂(LAP)或曙红-Y/乙胺。

进一步地，步骤(1)中所述的搅拌的时间为30～60min，速度为100～300rpm。

进一步地，步骤(2)中所述的紫外光的光强为10～500mw/cm²，照射时间为10～20min。

进一步地，步骤(3)中所述的锂藻土占溶液质量的百分数为0.1～2.5wt％；所述的丙烯酸占溶液质量的百分数为15～35wt％；所述的交联剂占溶液质量的百分数为0.03～0.1wt％；所述的光引发剂的占溶液质量的百分数为0.2～1wt％。

进一步地，步骤(3)中所述的交联剂为N，N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)。

进一步地，步骤(3)中所述的光引发剂为2-羟基-4′-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮(I2959)、酰基亚膦酸锂(LAP)或曙红-Y/乙胺。

进一步地，步骤(3)中所述锂藻土为德国毕克BYK的Laponite XLG-XR。

进一步地，步骤(3)中所述的搅拌的时间为30～60min，速度为100～300rpm。

进一步地，步骤(4)中所述紫外光的光强为10～500mw/cm²，照射时间为10～20min。

一种Janus水凝胶粘合剂，通过上述制备方法制备得到。

上述Janus水凝胶粘合剂在制备医用粘合剂中的应用。

本发明基于聚丙烯酰胺、聚丙烯酸和锂藻土(Laponite)构建了两面具有不同粘附性的Janus水凝胶粘合剂。其中，聚丙烯酰胺具有良好的机械稳性能、组织相容性，并且能够阻止细胞粘附，赋予水凝胶抗粘性；聚丙烯酸的羧基基团可以与多种基材表面形成大量氢键和离子络合等相互作用，赋予水凝胶粘附性；锂藻土提供力学增强性能和良好的凝血性能。通过光引发聚合得到聚丙稀酰胺水凝胶和聚丙烯酸/Laponite水凝胶，共同构建了两面具有不同粘附性的Janus水凝胶粘合剂，其具有良好的机械性能、生物相容性和凝血性能。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)本发明未使用有机溶剂，有利于提高材料的安全性，具有良好的生物相容性；

(2)本发明制备的Janus水凝胶粘合剂两面具有不同的粘附性能，并具有良好的力学性能，优异的凝血性能；

(3)本发明的Janus水凝胶粘合剂的形状可以通过调节成型模具的形式来实现，便于适应不同应用的需要；

(4)本发明制备的Janus水凝胶粘合剂可对组织进行粘附，可以促进皮肤伤口的止血和封闭，并且能够防止术后二次粘连；

(5)本发明制备的Janus水凝胶粘合剂制备工艺简单易行，材料价格低廉，容易大规模制造，有较大应用推广价值。

附图说明

图1是实施例3制备的Janus水凝胶粘合剂的实物图。

图2是实施例3制备的Janus水凝胶粘合剂的应力-应变曲线图。

图3是实施例3制备的Janus水凝胶粘合剂对不同基材的粘附实物图。

图4是实施例3制备的Janus水凝胶粘合剂搭接剪切测试的粘附力-位移曲线图。

图5是空白孔板和实施例3制备的Janus水凝胶粘合剂的凝血性能宏观图。

具体实施方式

下面结合具体实施例来对本发明作进一步具体描述，本发明的优点和特点将会随着描述更为清楚，但实施例仅是范例性质的，并不对本发明的范围构成任何限制。

以下实施例所采用的原料来源说明：丙烯酰胺、丙烯酸、I2959和MBA均购自Sigma-Aldrich；锂藻土，购自德国毕克BYK，货号Laponite XLG-XL。

实施例1

一种Janus水凝胶粘合剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)称取200mg丙烯酰胺、5mg光引发剂I2959、0.6mg交联剂MBA，溶于去离子水中配成1mL溶液，25℃，200rpm避光搅拌60min；

(2)将步骤(1)所得混合溶液使用光强100mw/cm²的紫外灯照射10min，聚合交联得到聚丙烯酰胺水凝胶；

(3)称取60mg锂藻土粉末溶于超纯水中，剧烈搅拌12h，配制3mL浓度为2％的锂藻土溶液；称取200mg丙烯酸、5mg光引发剂I2959、0.6mg交联剂MBA，取500μL2％锂藻土溶液，溶于去离子水中配成1mL溶液，25℃，200rpm避光搅拌60min；

(4)将步骤(3)所得混合溶液浇在步骤(2)所得水凝胶表面，使用光强100mw/cm²的紫外灯照射10min，聚合交联得到Janus水凝胶粘合剂。

实施例2

一种Janus水凝胶粘合剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)称取250mg丙烯酰胺、5mg光引发剂I2959、0.6mg交联剂MBA，溶于去离子水中配成1mL溶液，25℃，250rpm避光搅拌60min；

(2)将步骤(1)所得混合溶液使用光强50mw/cm²的紫外灯照射15min，聚合交联得到聚丙烯酰胺水凝胶；

(3)称取60mg锂藻土粉末溶于超纯水中，剧烈搅拌12h，配制3mL浓度为2％的锂藻土溶液；称取250mg丙烯酸、5mg光引发剂I2959、0.6mg交联剂MBA，取500μL2％锂藻土溶液，溶于去离子水中配成1mL溶液，25℃，200rpm避光搅拌60min；

(4)将步骤(3)所得混合溶液浇在步骤(2)所得水凝胶表面，使用光强50mw/cm²的紫外灯照射15min，聚合交联得到Janus水凝胶粘合剂。

实施例3

一种Janus水凝胶粘合剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)称取250mg丙烯酰胺、5mg光引发剂I2959、0.6mg交联剂MBA，溶于去离子水中配成1mL溶液，25℃，300rpm避光搅拌60min；

(2)将步骤(1)所得混合溶液使用光强30mw/cm²的紫外灯照射20min，聚合交联得到聚丙烯酰胺水凝胶；

(3)称取60mg锂藻土粉末溶于超纯水中，剧烈搅拌12h，配制3mL浓度为2％的锂藻土溶液；称取300mg丙烯酸、5mg光引发剂I2959、0.6mg交联剂MBA，取500μL2％锂藻土溶液，溶于去离子水中配成1mL溶液，25℃，300rpm避光搅拌60min；

将步骤(3)所得混合溶液浇在步骤(2)所得水凝胶表面，使用光强30mw/cm²的紫外灯照射20min，聚合交联得到Janus水凝胶粘合剂。

本实施制备的Janus水凝胶粘合剂的实物如图1示。

将本实施制备的Janus水凝胶按照国标GB/T 528-2009制备测试样条，其为测试部分宽度4mm，厚度2mm的哑铃型样条。采用美国INSTRON 5967万能试验机对样品进行测试，主要测试条件如下：测试温度为室温，拉伸速度设置为50mm/min，夹具间样条长度设置为40mm，测试水凝胶拉伸强度和断裂伸长率，并多次测量取平均值。采用聚丙烯酰胺水凝胶和聚丙烯酸水凝胶作为对照。结果如图2所示。从图中结果可以看出，与聚丙烯酰胺水凝胶和聚丙烯酸水凝胶类似，Janus水凝胶能表现出较好的拉伸强度，同时还具有较大的断裂伸长率。

将本实施制备的Janus水凝胶的粘附层接触不同基材的表面，并稍加压力使凝胶与基材充分粘附。结果如图3所示。可以看出，本发明Janus水凝胶能够直接粘附在不同基材表面，包括猪组织(肝、皮、肾、心)、玻璃、铁、塑料和橡胶。

将本实施制备的Janus水凝胶裁成20mm×10mm尺寸大小，将抗粘层用502胶粘在玻璃载片上，粘附层分别粘附玻璃载片和猪皮，然后用500g砝码压制10分钟。采用美国INSTRON 5967万能试验机进行搭接剪切试验。搭接剪切测试的测量条件为：拉伸速度设置为5mm/min，温度为室温。结果如图4所示，水凝胶对玻璃和猪皮的粘附强度为10.09kPa和13.67kPa。

称一定量水凝胶(200mg)于48孔板，用PBS漂洗3次后，将兔全血(枸橼酸钠抗凝)、含有Janus水凝胶的孔板、0.2M CaCl₂、磷酸缓冲溶液(PBS)置于37℃恒温摇床30分钟预热，然后每孔加入10μL CaCl₂和190μL兔全血，轻轻浇在水凝胶上，使样品表面完全覆盖，摇床速度60r/min，分别孵育1min、2min、3min、4min、5min、6min、7min、8min、9min、10min后，取出孔板，缓慢沿壁加入1mL PBS洗3次，去除未凝血液。观察凝血状态，拍照记录，空白孔板作为对照组。结果如图5所示。对照组在6min时才开始凝血，Janus水凝胶有效地缩短了凝血时间，1min就开始凝血。

对比例1

一种Janus水凝胶粘合剂的制备方法，包括如下步骤：

(3)称取300mg丙烯酸、5mg光引发剂I2959、0.6mg交联剂MBA，溶于去离子水中配成1mL溶液，25℃，300rpm避光搅拌60min；

将步骤(3)所得混合溶液浇在步骤(2)所得水凝胶表面，使用光强50mw/cm²的紫外灯照射15min，聚合交联得到Janus水凝胶粘合剂。对比例1制备的Janus水凝胶凝血性能和力学性能与实施例1、2、3对比，对比例1制备的Janus水凝胶没有促凝血功能，并且力学性能较差，说明锂藻土能够增强Janus水凝胶力学性能，并且对其凝血性能的具有决定性作用。

对比例2

一种Janus水凝胶粘合剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)称取250mg聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯、5mg光引发剂I2959、0.6mg交联剂MBA，溶于去离子水中配成1mL溶液，25℃，250rpm避光搅拌60min；

(2)将步骤(1)所得混合溶液使用光强50mw/cm²的紫外灯照射15min，聚合交联得到聚乙二醇水凝胶；

(3)称取60mg锂藻土粉末溶于超纯水中，剧烈搅拌12h，配制3mL浓度为2％的锂藻土溶液；称取250mg丙烯酸、5mg光引发剂I2959、0.6mg交联剂MBA，取500μL 2％锂藻土溶液，溶于去离子水中配成1mL溶液，25℃，200rpm避光搅拌60min；

(4)将步骤(3)所得混合溶液浇在步骤(2)所得水凝胶表面，使用光强50mw/cm²的紫外灯照射15min，聚合交联得到Janus水凝胶粘合剂。对比例2制备的Janus水凝胶进行拉伸测试，对比例2制备的Janus水凝胶在拉伸过程中，抗粘层聚乙二醇水凝胶在小应变时就断裂，力学性能较差，说明聚丙烯酰胺对Janus水凝胶的力学性能具有重要作用。

对比例3

(3)称取60mg锂藻土粉末溶于超纯水中，剧烈搅拌12h，配制3mL浓度为2％的锂藻土溶液；称取250mg聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯、5mg光引发剂I2959、0.6mg交联剂MBA，取500μL 2％锂藻土溶液，溶于去离子水中配成1mL溶液，25℃，200rpm避光搅拌60min；

(4)将步骤(3)所得混合溶液浇在步骤(2)所得水凝胶表面，使用光强50mw/cm²的紫外灯照射15min，聚合交联得到Janus水凝胶粘合剂。对比例3制备的Janus水凝胶进行粘性测试，水凝胶基本没有粘性，因为聚乙二醇不像聚丙烯酸一样具有大量的羧基，不能和基材表面形成大量的氢键作用。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种Janus水凝胶粘合剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）取丙烯酰胺、交联剂、光引发剂，加水，避光搅拌，得到水凝胶预聚液；

（2）对步骤（1）所得水凝胶预聚液照射紫外光引发聚合交联反应，得到聚丙烯酰胺水凝胶；

（3）在锂藻土水溶液中加入丙烯酸、交联剂和光引发剂，避光搅拌，得到混合液；

（4）将步骤（3）所得混合液浇在步骤（2）所得聚丙烯酰胺水凝胶表面，照射紫外光引发聚合交联反应，即获得所述的Janus水凝胶粘合剂；

步骤（1）中所述的丙烯酰胺占溶液质量的百分数为15～35 wt%；所述的交联剂占溶液质量的百分数为0.03～0.1 wt%；所述的光引发剂占溶液质量的百分数为0.2～1wt %；

步骤（3）中所述的锂藻土占溶液质量的百分数为0.1～2.5 wt%；所述的丙烯酸占溶液质量的百分数为15～35 wt%；所述的交联剂占溶液质量的百分数为0.03～0.1 wt%；所述的光引发剂占溶液质量的百分数为0.2～1 wt%。

2.根据权利要求1所述的Janus水凝胶粘合剂的制备方法，其特征在于：

步骤（1）和（3）中所述的搅拌的时间均为30～60 min，速度均为100～300 rpm。

3.根据权利要求1所述的Janus水凝胶粘合剂的制备方法，其特征在于：

步骤（1）和（3）中所述的交联剂均为N，N-亚甲基双丙烯酰胺。

4.根据权利要求1所述的Janus水凝胶粘合剂的制备方法，其特征在于：

步骤（1）和（3）中所述的光引发剂均为2-羟基-4′-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮或酰基亚膦酸锂。

5.根据权利要求1所述的Janus水凝胶粘合剂的制备方法，其特征在于：

步骤（2）和（4）中所述紫外光的光强为10～500 mw/cm²，照射时间为10～20 min。

6.根据权利要求1所述的Janus水凝胶粘合剂的制备方法，其特征在于：

步骤（3）中所述的锂藻土为德国毕克BYK的Laponite XLG-XR。

7.一种Janus水凝胶粘合剂，其特征在于：通过权利要求1～6任一项所述的制备方法制备得到。

8.权利要求7所述的Janus水凝胶粘合剂在制备医用粘合剂中的应用。