一种抗菌性水凝胶及其制备方法与流程

本技术涉及水凝胶的，尤其是涉及一种抗菌性水凝胶及其制备方法。

背景技术：

1、1954年，捷克科学家wichterle和lim以甲基丙烯酸羟乙酯为单体、乙二甲基丙烯酸酯为交联剂合成制备出了史上第一种可用于生物医学的水凝胶材料。自此，人造水凝胶就被广泛用于卫生用品、农业、药物递送系统、密封剂、煤炭脱水、人造雪、食品添加剂、药品、生物医药应用、组织工程和再生医药、诊断、创伤敷料、分离生物分子或细胞和生物探测等领域。

2、水凝胶是通过一个或多个单体发生简单反应形成含有大量水的具有三维网络结构的高分子体系。作为一种聚合物材料，水凝胶遇水溶胀并在结构中维持大量水分，但不会在水中溶解。水凝胶材料的吸收水分能力来自聚合物骨架上的亲水性功能基团，不溶于水的能力来自网状链的相互交联。许多材料都可形成水凝胶，包括天然的和人工合成的。

3、目前的医用水凝胶一般使用聚乙二醇、聚丙烯酸甚至mof材料作为原料制备，生产成本较高；同时，医用水凝胶通常需要加入乙醇或者锌、银等金属离子作为杀菌剂，但这些杀菌剂会导致水凝胶的生物相容性降低，不利于细胞生长等。

技术实现思路

1、本技术的目的是改善现有水凝胶需要加入乙醇或者锌、银等金属离子作为抑菌物质，导致生物相容性较低的问题，本技术提供了一种抗菌效果好、生物相容性好的抗菌性水凝胶及其制备方法。

2、第一方面，本技术提供的一种抗菌性水凝胶及其制备方法采用如下的技术方案：

3、一种抗菌性水凝胶，包括三层结构，第一层结构为烯二醇-丙烯酰胺共聚物，第二层结构为壳聚糖，第三层结构为蛋白质，三层结构使用二醛进行交联。

4、在本技术中，烯二醇-丙烯酰胺共聚物是由烯二醇和丙烯酰胺共聚反应得到，利用烯二醇-丙烯酰胺共聚物的强分子间作用力，可以提高水凝胶的机械性能，使水凝胶在保持柔软的同时，也具有一定的强度和稳定性。使用壳聚糖作为第二层结构，是为了利用壳聚糖与二醛以及蛋白质形成的席夫碱作为抑菌物质，抑制细菌的生长和繁殖，使得水凝胶具有优异的抑菌性能，也减少了乙醇或者锌、银等金属离子的使用，降低了水凝胶的细胞毒性，提高了生物相容性；其次，蛋白质作为第三层结构还可以进一步改善了水凝胶的生物相容性，提高水凝胶的弹性模量。而使用二醛作为交联剂对各层结构进行交联，确保了层与层之间的紧密结合，提高水凝胶整体的稳定性。

5、可选的，所述烯二醇为废弃的烯二醇；按重量百分比计，所述废弃的烯二醇中，烯二醇＞20％，hg＜0.01％，cu＜0.01％。

6、可选的，所述蛋白质选自废弃的水解角蛋白、水解大豆蛋白、水解玉米蛋白和球蛋白中的一种。

7、通过采用上述技术方案，这些蛋白质是生物体原有的成分，因此具有良好的生物相容性，可以降低人体对水凝胶的排斥反应；而使用废弃的烯二醇和水解蛋白质作为制备水凝胶的原料，实现了废弃物的有效利用，符合可持续发展的原则，减少了对环境的压力，降低了成本。

8、可选的，所述二醛选自对苯二醛、戊二醛、2-羟基间苯二甲醛、己二醛和氧化海藻酸钠中的一种。

9、通过采用上述技术方案，这些二元醇可以有效地在水凝胶的各层之间进行交联，提高水凝胶的稳定性和机械强度，并且都具有较好的化学稳定性，使水凝胶的制备、储存和使用过程中能够保持稳定，不易发生分解或其他化学反应。

10、第二方面，本技术提供的一种抗菌性水凝胶的制备方法采用如下的技术方案：

11、一种抗菌性水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

12、s1：将烯二醇与丙烯酰胺以质量比(20～36)：(3～8)加入反应釜中，加入引发剂和水，搅拌升温至40～70℃，保温反应20～40min；然后加入交联剂，调节ph至8～11，升温至60～80℃，保温反应50～80min，过滤后烘干，用水洗涤三次，去除单体，得到烯二醇-丙烯酰胺共聚物；

13、s2：将所述步骤s1中的烯二醇-丙烯酰胺共聚物加入至40～60℃的水中，溶胀，得到凝胶聚合物；

14、s3：将壳聚糖和蛋白质使用溶剂进行搅拌溶解，并与所述步骤s2中的凝胶聚合物共混，所述凝胶聚合物、壳聚糖和蛋白质的质量比为(1.0～1.2)：(0.2～0.8)：(0.2～0.4)，然后加入二醛，升温至60～80℃，保温反应1～2h，过滤后烘干，使用乙醇溶剂洗涤三次，再次烘干，得到抗菌性水凝胶。

15、通过采用上述技术方案，在多种组分的作用下，使得抗菌性水凝胶具有优异的弹性模量和抑菌性能；其次，本技术的抗菌性水凝胶采用废弃的烯二醇与废弃的蛋白质作为原料，实现了资源回收再利用，降低了水凝胶的成本。

16、可选的，所述步骤s1中的引发剂选自过硫酸钾、过硫酸钠和过硫酸铵中的一种；和/或，所述引发剂的加入量为丙烯酰胺单体摩尔量的1％～7％。

17、通过采用上述技术方案，选择过硫酸钾、过硫酸钠和过硫酸铵作为引发剂，有助于烯二醇和丙烯酰胺的共聚反应的进行，提高反应收率。

18、可选的，所述步骤s1中的交联剂选自过氧化苯甲酰、过氧化氢二异丙苯和二叔丁基过氧化物中的一种；

19、和/或，所述交联剂的加入量为反应物质量的0.01％～0.10％。

20、通过采用上述技术方案，对合成的共聚物使用过氧化苯甲酰、过氧化氢二异丙苯和二叔丁基过氧化物等交联剂，可以在烯二醇-丙烯酰胺共聚物分子之间形成交联结构，增加聚合物的交联密度，从而进一步提高其机械强度和弹性模量。

21、可选的，所述步骤s3中，壳聚糖使用质量浓度为1％的醋酸溶液搅拌溶解，蛋白质使用去离子水搅拌溶解。

22、通过采用上述技术方案，采用醋酸溶液搅拌溶解壳聚糖，能够提高壳聚糖的溶解度，得到均匀分散的壳聚糖溶液，有利于各组分的均匀混合。

23、可选的，所述二醛的加入量为反应物质量的0.1％～1.0％。

24、通过采用上述技术方案，控制二醛的加入量在反应物质量的0.1％～1.0％范围内，有助于形成稳定的交联网络结构，增强水凝胶的弹性模量和抗菌性能。

25、综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：

26、1.烯二醇-丙烯酰胺共聚物是由烯二醇和丙烯酰胺共聚反应得到，利用烯二醇-丙烯酰胺共聚物的强分子间作用力，可以提高水凝胶的机械性能，使水凝胶在保持柔软的同时，也具有一定的强度和稳定性。使用壳聚糖作为第二层结构，是为了利用壳聚糖与二醛以及蛋白质形成席夫碱作为抑菌物质，抑制细菌的生长和繁殖，使得水凝胶具有优异的抑菌性能，也减少了乙醇或者锌、银等金属离子的使用，降低了水凝胶的细胞毒性，提高了生物相容性；其次，蛋白质作为第三层结构还可以进一步改善了水凝胶的生物相容性，提高水凝胶的弹性模量。而使用二醛作为交联剂对各层结构进行交联，确保了层与层之间的紧密结合，提高水凝胶整体的稳定性；

27、2.在多种组分的作用下，使得抗菌性水凝胶具有优异的弹性模量和抑菌性能；其次，本技术的抗菌性水凝胶采用废弃的烯二醇与废弃的蛋白质作为原料，实现了资源回收再利用，降低了水凝胶的成本。