本发明涉及凝胶的制备方法，具体涉及一种具有自粘附性的坚韧抗冻水凝胶的制备方法。
背景技术：
具有高含水量和与天然软组织结构相似的自粘附水凝胶作为重要的生物材料，在外科密封剂、伤口敷料、药物递送、可穿戴设备等领域显示出巨大的应用前景。然而常规水凝胶机械性能不足，缺乏粘性以及许多水凝胶的性能在极端温度下急剧下降，这些缺点限制了水凝胶的应用。
近年来已经合成了多种具有自粘附性能的水凝胶，包括氰基丙烯酸酯基、聚氨基甲酸酯基、聚乙二醇基、聚乙二醇酯基、聚乙烯醇基等种类的水凝胶，但是这些水凝胶存在对于湿润组织的粘附性较低、机械性能较差、高溶胀率、潜在的细胞毒性等问题，限制了它们的应用。针对这些缺点，提出了通过物理相互作用的方法来提高水凝胶的粘附性能。例如鲁雄课题组在【acsnano,2017,doi:10.1021/acsnano.6b05318(基于纳米粘土限制的多巴胺聚合的贻贝类胶粘剂和坚韧水凝胶)】中公开了一种由聚多巴胺、粘土、聚丙烯酰胺组成的粘附性水凝胶，该水凝胶兼具良好的粘性和优异的机械性能，但机械性能在极端温度中会下降，另外需要将多巴胺氧化为聚多巴胺之后再进行制备水凝胶，这种方法耗时且繁琐。之后该团队在【advancedfunctionalmaterials,2019,doi:10.1002/adfm.201805964(贻贝启发的接触活性具有高细胞亲和力、韧性和可回收性的抗菌水凝胶，)】中又公开使用甲基丙烯酰胺多巴胺(mada)和甲基丙烯酸2-(二甲氨基)乙酯共聚并与季铵化壳聚糖形成互穿网络的方法制备水凝胶，这种水凝胶具有良好的机械性能和粘性，但依然需要多步合成，并且制备季铵化壳聚糖过程较为复杂。此外caoyiping等人在【macromolecularrapidcommunications,2019,doi:10.1002/marc.201900450(贻贝启发的用于应变传感器的柔性，可穿戴和自粘导电水凝胶)】中公开采用多巴胺功能化的透明质酸钠与丙烯酰胺及硼砂制备应变传感可穿戴水凝胶，此水凝胶由于具有多巴胺邻苯二酚基团而具有一定的粘性，但氧化剂通常会快速氧化或交联邻苯二酚基团，导致短期粘合性、一次性使用和有限的可重复使用性，另外机械性能也有待提高。
传统水凝胶的聚合方法主要集中在紫外光聚合、反复冻融、以及热聚合三个方面，与传统水凝胶聚合方法相比，可见光聚合具备辐射安全、聚合深度高、设备价格低廉等优势，目前已在生物医药、胶粘剂、数码印花及3d打印等领域得到应用，有效地避免了传统水凝胶制备工艺易使生物活性的复合物质(dna及蛋白质等)失活、聚合深度浅、辐射和臭氧污染等问题。
总之，制备具有足够粘附性和优异机械性能水凝胶的同时满足制备方法简单高效的要求仍然是一个挑战。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种水凝胶自粘附性能好，多次粘附后粘附性能无明显下降，同时具有优异的机械性能，在极端温度下水凝胶的机械性能无明显下降，且自粘附性的坚韧抗冻水凝胶的制备方法简单高效。
本发明为实现上述目的，提供以下技术方案：
本发明的一种具有自粘附性的坚韧抗冻水凝胶的制备方法,包括如下步骤:
步骤一、配制丙三醇与水组成的混合溶剂，所述的混合溶剂中丙三醇质量分数为10％～90％；
步骤二、将丙烯酰胺共聚单体、n-[三(羟甲基)甲基]丙烯酰胺共聚单体、交联剂和光引发体系加入步骤一中的混合溶剂中，避光搅拌形成前体溶液；所述的丙烯酰胺共聚单体和n-[三(羟甲基)甲基]丙烯酰胺共聚单体的总质量与混合溶剂的质量比为20％～50％，所述的n-[三(羟甲基)甲基]丙烯酰胺共聚单体的物质的量与丙烯酰胺共聚单体和n-[三(羟甲基)甲基]丙烯酰胺(thma)共聚单体的总物质的量的比为0.1～0.8；交联剂的物质的量占n-[三(羟甲基)甲基]丙烯酰胺和丙烯酰胺共聚单体总物质的量的比为0.01～0.05；
步骤三、取步骤二前体溶液置于聚四氟乙烯模具中，在15℃～35℃的温度下，使用与光引发体系相对应的光源，照射一段时间，使得光引发体系产生自由基，丙烯酰胺(aam)共聚单体、n-[三(羟甲基)甲基]丙烯酰胺(thma)共聚单体进行自由基聚合反应直至得到水凝胶。
本发明具有以下技术优势：
1.本发明制备的水凝胶机械性能及自粘附性优异，同时具有抗冻性能，在伤口敷料、药物递送、可穿戴设备等领域具有广泛的应用前景。
2.使用了能量较低且对人友好的可见光(405nm紫色光，420nm紫色光，450nm蓝色光，532nm绿色光，780nm飞秒激光，800nm飞秒激光)。
3.本发明采用一步法制备水凝胶，简单高效。
4.本发明使用丙烯酰胺及n-[三(羟甲基)甲基]丙烯酰胺为共聚单体，制备的水凝胶具有自粘附性能，并且坚韧抗冻的同时具备自修复能力。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，这些实施例仅是较优的范例，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
本发明的一种具有自粘附性的坚韧抗冻水凝胶的制备方法,包括如下步骤:
步骤一、配制丙三醇(glycerol)与水(deionizedwater)组成的混合溶剂，所述的混合溶剂中丙三醇质量分数为10％～90％；
步骤二、将丙烯酰胺(aam)共聚单体、n-[三(羟甲基)甲基]丙烯酰胺(thma)共聚单体、交联剂和光引发体系加入步骤一中的混合溶剂中，避光搅拌形成前体溶液；所述的丙烯酰胺(aam)共聚单体和n-[三(羟甲基)甲基]丙烯酰胺(thma)共聚单体的总质量与混合溶剂的质量比为20％～50％，所述的n-[三(羟甲基)甲基]丙烯酰胺共聚单体的物质的量与丙烯酰胺(aam)共聚单体和n-[三(羟甲基)甲基]丙烯酰胺(thma)共聚单体的总物质的量的比为0.1～0.8；交联剂的物质的量占丙烯酰胺(aam)共聚单体和n-[三(羟甲基)甲基]丙烯酰胺(thma)共聚单体总物质的量的比为0.01～0.05。所述光引发剂体系为绿色、蓝色、紫色、飞秒激光引发体系的一种。
步骤三、取步骤二前体溶液置于聚四氟乙烯模具中，在15℃～35℃的温度下，使用与光引发体系相对应的光源。照射一段时间，使得光引发体系产生自由基，丙烯酰胺(aam)共聚单体、n-[三(羟甲基)甲基]丙烯酰胺(thma)共聚单体进行自由基聚合反应直至得到水凝胶。
作为本发明的第一种实施方式，所述的光引发体系为由曙红(ey)、二苯基碘鎓六氟磷酸盐(dpi)、三乙醇胺(teoa)组成的绿光引发体系，其中曙红与混合溶剂的质量比为0.0175％～0.070％，二苯基碘鎓六氟磷酸盐与混合溶剂的质量比为0.04％～0.86％，三乙醇胺与混合溶剂的质量比0.25％～1％,所述的步骤三中采用的光源为led，波长范围为532nm，功率密度为2～100mw/cm2，照射时间为12s～80min；所述的交联剂为聚乙二醇二丙烯酸酯(pegda)或者n,n-亚甲基双丙烯酰胺(bis)，ey为水溶性。优选的，pegda分子量为pegda-400。pegda-400水溶性及生物相容性良好，并且使用简单的光引发体系就能使其发生聚合反应，有利于高效制备水凝胶。
作为本发明的第二种实施方式，所述的光引发体系为由樟脑醌(cq)、二苯基碘鎓六氟磷酸盐(dpi)组成的蓝光引发体系，其中，樟脑醌与混合溶剂的质量比为0.12％～1.30％，二苯基碘鎓六氟磷酸盐与混合溶剂的质量比为0.10～0.86％。所述的步骤三中采用的光源为led，波长为450nm，功率密度为5-100mw/cm2，照射时间为2min～80min；所述的交联剂为聚乙二醇二丙烯酸酯(pegda)或者n,n-亚甲基双丙烯酰胺(bis)。优选的，pegda分子量为pegda-400。pegda-400水溶性及生物相容性良好，并且使用简单的光引发体系就能使其发生聚合反应，有利于高效制备水凝胶。
作为本发明的第三种实施方式，所述的光引发体系为由樟脑醌(cq)、二甲氨基苯甲酸乙酯(edab)组成的蓝光引发体系，其中樟脑醌与混合溶剂的质量比为0.12％～1.30％，二甲氨基苯甲酸乙酯与混合溶剂的质量比0.1％～0.80％，所述的步骤三中采用的光源为led，波长为450nm，功率密度为5-100mw/cm2，照射时间为2min～80min；所述的交联剂为聚乙二醇二丙烯酸酯(pegda)或者n,n-亚甲基双丙烯酰胺(bis)。优选的，pegda分子量为pegda-400。pegda-400水溶性及生物相容性良好，并且使用简单的光引发体系就能使其发生聚合反应，有利于高效制备水凝胶。
作为本发明的第四种实施方式，所述的光引发体系为异丙基硫杂蒽酮(itx)、对-二甲基氨基苯甲酸乙酯(edab)组成的紫光引发体系，其中异丙基硫杂蒽酮与混合溶剂的质量比为0.05％～0.50％，对-二甲基氨基苯甲酸乙酯与混合溶剂的质量比为0.02％～0.35％，所述的步骤三中采用的光源为led，波长为420nm，功率密度为2-60mw/cm2，照射时间为2min～80min；所述的交联剂为聚乙二醇二丙烯酸酯(pegda)或者n,n-亚甲基双丙烯酰胺(bis)。优选的，pegda分子量为pegda-400。pegda-400水溶性及生物相容性良好，并且使用简单的光引发体系就能使其发生聚合反应，有利于高效制备水凝胶。
作为本发明的第五种实施方式，所述的光引发体系为苯基-2，4，6-三甲基苯甲酰基亚磷酸锂(lap)紫光引发体系，其中苯基-2，4，6-三甲基苯甲酰基亚磷酸锂与混合溶剂的质量比为0.05％～2.00％，所述的步骤三中采用的光源为led，波长为405nm，功率密度为5-100w/cm2，照射时间为2min～80min；所述的交联剂为聚乙二醇二丙烯酸酯(pegda)或者n,n-亚甲基双丙烯酰胺(bis)。优选的，pegda分子量为pegda-400。pegda-400水溶性及生物相容性良好，并且使用简单的光引发体系就能使其发生聚合反应，有利于高效制备水凝胶。
作为本发明的第六种实施方式，所述的光引发体系为异丙基硫杂蒽酮(itx)飞秒激光引发体系，其中异丙基硫杂蒽酮与混合溶剂的质量比为0.5％～6％，所述的步骤三中采用的光源为飞秒激光，波长为780nm，功率密度为5-100w/cm2，照射时间为2min～80min；所述的交联剂为聚乙二醇二丙烯酸酯(pegda)或者n,n-亚甲基双丙烯酰胺(bis)。优选的，pegda分子量为pegda-400。pegda-400水溶性及生物相容性良好，并且使用简单的光引发体系就能使其发生聚合反应，有利于高效制备水凝胶。
作为本发明的第七种实施方式，所述的光引发体系为2，4，6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯
thma/aam/teoa/pegda/dpi/eosiny/
实施例1
步骤一、配制丙三醇(glycerol)与水(deionizedwater)组成的混合溶剂；
步骤二、将丙烯酰胺(aam)共聚单体、n-[三(羟甲基)甲基]丙烯酰胺(thma)共聚单体、交联剂和光引发体系加入步骤一中的混合溶剂中，避光搅拌形成前体溶液；所述的光引发体系由曙红(水溶性ey)、二苯基碘鎓六氟磷酸盐(dpi)、三乙醇胺(teoa)组成的绿光引发体系。所述的交联剂为聚乙二醇二丙烯酸酯(pegda-400)或者n,n-亚甲基双丙烯酰胺(bis)。
步骤三、取步骤二前体溶液置于聚四氟乙烯模具中，在15-35℃不同温度下，使用波长范围为532nm，不同功率密度的led光源照射一定时间。
上述方法中各步骤中各组分的配比及实验参数见下表，下表中m＝mglycerol+mdeionizedwater，n＝naam+nthma：
所得水凝胶呈透明状，机械性能及粘性优异，在极端温度下机械性能保持稳定，在伤口敷料、药物递送、可穿戴设备等领域具有广泛的应用前景。
实施例2
步骤一、配制丙三醇与水组成的混合溶剂；
步骤二、将丙烯酰胺(aam)共聚单体、n-[三(羟甲基)甲基]丙烯酰胺(thma)共聚单体、交联剂和光引发体系加入步骤一中的混合溶剂中，避光搅拌形成前体溶液；所述的光引发体系由樟脑醌(cq)、二苯基碘鎓六氟磷酸盐(dpi)组成的蓝光引发体系。所述的交联剂为聚乙二醇二丙烯酸酯(pegda-400)或者n,n-亚甲基双丙烯酰胺(bis)。
步骤三、取步骤二前体溶液置于聚四氟乙烯模具中，在15-35℃不同的温度下，使用波长为450nm，不同功率密度的led光源照射一段时间。
上述方法中各步骤中各组分的配比及实验参数见下表，下表中m＝mglycerol+mdeionizedwater，n＝naam+nthma：
所得水凝胶呈透明状，机械性能及粘性优异，在极端温度下机械性能保持稳定，在伤口敷料、药物递送、可穿戴设备等领域具有广泛的应用前景。
实施例3
步骤一、配制丙三醇与水组成的混合溶剂；
步骤二、将丙烯酰胺(aam)共聚单体、n-[三(羟甲基)甲基]丙烯酰胺(thma)共聚单体、交联剂和光引发体系加入步骤一中的混合溶剂中，避光搅拌形成前体溶液；所述的光引发体系由樟脑醌(cq)、二甲氨基苯甲酸乙酯(edab)组成的蓝光引发体系。所述的交联剂为聚乙二醇二丙烯酸酯(pegda-400)或者n,n-亚甲基双丙烯酰胺(bis)。
步骤三、取步骤二前体溶液置于聚四氟乙烯模具中，在15-35℃不同的温度下，使用波长为450nm，不同功率密度的led光源照射一段时间。
上述方法中各步骤中各组分的配比及实验参数见下表，下表中m＝mglycerol+mdeionizedwater，n＝naam+nthma：
所得水凝胶呈透明状，机械性能及粘性优异，在极端温度下机械性能保持稳定，在伤口敷料、药物递送、可穿戴设备等领域具有广泛的应用前景。
实施例4
步骤一、配制丙三醇与水组成的混合溶剂；
步骤二、将丙烯酰胺(aam)共聚单体、n-[三(羟甲基)甲基]丙烯酰胺(thma)共聚单体、交联剂和光引发体系加入步骤一中的混合溶剂中，避光搅拌形成前体溶液；所述的光引发体系由异丙基硫杂蒽酮(itx)、对-二甲基氨基苯甲酸乙酯(edab)组成的紫光引发体系。所述的交联剂为聚乙二醇二丙烯酸酯(pegda-400)或者n,n-亚甲基双丙烯酰胺(bis)。
步骤三、取步骤二前体溶液置于聚四氟乙烯模具中，在15-35℃不同的温度下，使用波长为420nm，不同功率密度的led光源照射一段时间。
上述方法中各步骤中各组分的配比及实验参数见下表，下表中m＝mglycerol+mdeionizedwater，n＝naam+nthma：
所得水凝胶呈透明状，机械性能及粘性优异，在极端温度下机械性能保持稳定，在伤口敷料、药物递送、可穿戴设备等领域具有广泛的应用前景。
实施例5
步骤一、配制丙三醇与水组成的混合溶剂；
步骤二、将丙烯酰胺(aam)共聚单体、n-[三(羟甲基)甲基]丙烯酰胺(thma)共聚单体、交联剂和光引发体系加入步骤一中的混合溶剂中，避光搅拌形成前体溶液；所述的光引发体系由苯基-2，4，6-三甲基苯甲酰基亚磷酸锂(lap)组成的紫光引发体系。所述的交联剂为聚乙二醇二丙烯酸酯(pegda-400)或者n,n-亚甲基双丙烯酰胺(bis)。
步骤三、取步骤二前体溶液置于聚四氟乙烯模具中，在15-35℃不同的温度下，使用波长为405nm，不同功率密度的led光源照射一段时间。
上述方法中各步骤中各组分的配比及实验参数见下表，下表中m＝mglycerol+mdeionizedwater，n＝naam+nthma：
所得水凝胶呈透明状，机械性能及粘性优异，在极端温度下机械性能保持稳定，在伤口敷料、药物递送、可穿戴设备等领域具有广泛的应用前景。
实施例6
步骤一、配制丙三醇与水组成的混合溶剂；
步骤二、将丙烯酰胺(aam)共聚单体、n-[三(羟甲基)甲基]丙烯酰胺(thma)共聚单体、交联剂和光引发体系加入步骤一中的混合溶剂中，避光搅拌形成前体溶液；所述的光引发体系为异丙基硫杂蒽酮(itx)飞秒激光引发体系，其中异丙基硫杂蒽酮与混合溶剂的质量比为0.5％～6％。所述的交联剂为聚乙二醇二丙烯酸酯(pegda-400)或者n,n-亚甲基双丙烯酰胺(bis)。
步骤三、取步骤二前体溶液置于聚四氟乙烯模具中，在15-35℃不同的温度下，使用波长为780nm的飞秒激光，不同功率密度下光源照射一段时间。
上述方法中各步骤中各组分的配比及实验参数见下表，下表中m＝mglycerol+mdeionizedwater，n＝naam+nthma：
所得水凝胶呈透明状，机械性能及粘性优异，在极端温度下机械性能保持稳定，在伤口敷料、药物递送、可穿戴设备等领域具有广泛的应用前景。
实施例7
步骤一、配制丙三醇与水组成的混合溶剂；
步骤二、将丙烯酰胺(aam)共聚单体、n-[三(羟甲基)甲基]丙烯酰胺(thma)共聚单体、交联剂和光引发体系加入步骤一中的混合溶剂中，避光搅拌形成前体溶液；所述的光引发体系为2，4，6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯
步骤三、取步骤二前体溶液置于聚四氟乙烯模具中，在15-35℃不同的温度下，使用波长为800nm的飞秒激光，不同功率密度下光源照射一段时间。
上述方法中各步骤中各组分的配比及实验参数见下表，下表中m＝mglycerol+mdeionizedwater，n＝naam+nthma：
所得水凝胶呈透明状，机械性能及粘性优异，在极端温度下机械性能保持稳定，在伤口敷料、药物递送、可穿戴设备等领域具有广泛的应用前景。