一種人造承重軟骨水凝膠的制備方法

一種人造承重軟骨水凝膠的制備方法
【專利摘要】本發明涉及一種人造承重軟骨水凝膠的制備方法，由該方法制備的人造承重軟骨水凝膠能夠在生理條件下保持高機械性和自恢復性。在根據本發明的水凝膠的制備方法中采用PVA和PVP作為反應物，不添加任何交聯劑、有機溶劑、引發劑和不使用紫外誘導，即可獲得水凝膠產品。根據本發明制備方法，原料來源廣泛，價格便宜，降低產品的生產成本，有利于生物醫學上的推廣使用。
【專利說明】
一種人造承重軟骨水凝膠的制備方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種人造承重軟骨水凝膠的制備方法，由該方法制備的人造承重軟骨水凝膠能夠在生理條件下保持高機械性和自恢復性，特別涉及一種微波輔助加熱自組裝合成人造承重軟骨水凝膠的制備方法。
【背景技術】
[0002]聚合物水凝膠是由三維的聚合物交聯網絡和大量的水構成的，由于水凝膠含有大量水分而且特別柔軟，與人體組織類似，所以水凝膠用作人體組織代替越來越受到人們的關注。當前，水凝膠的機械強度、延展性、韌性、可恢復性還不是令人滿意，所以研究者們都在尋求更完美的設計方案來合成能夠用于組織代替的水凝膠。如由Chen等提出的通過構建雙網絡結構來增強水凝膠的機械強度和可恢復性能(Qiang Chen ,Lin Zhu ,Chao Zhao ,Qiuming Wang ,and Jie Zheng Adv.Mater, 2013,25,4171-4176);由 Yang 等提出的通過納米材料增強水凝膠的機械強度和可恢復性(Jun Yang,Xueming Zhang,Maming Ma,FengXu,ACS Macro Lett.，2015,4,829-833.);由Sun等人提出的通過疏水締合作用來改性水凝膠(Yuan-na Sun,Guo-rong Gao,Gao-1ai Du,Ya-jun Cheng,and Jun Fu ACS MacroLett.,2014,3,496-500)。雖然通過這些合成策略已經制備出了高延展性、高韌性、具有可恢復性的水凝膠，但是由于這些合成策略所制備的水凝膠在拉伸/壓縮實驗時通過可消耗化學鍵/物理網絡耗能來應對變形的發生，這樣就使得水凝膠自身的滲透壓和彈性平衡被打破，進而產生較大的滯后現象。滯后現象又會使水凝膠在生理條件下產生溶脹現象和在一個循環加載的過程中會使水凝膠被軟化降低自身的機械性能。針對這些亟待解決的問題，由Kamata等人提出的通過共價鍵連接構建齊次網絡結構的水凝膠，不僅能夠抑制溶脹現象在循環加載過程中還不存在滯后現象(Hiroyuki Kamata ,Yuki Akagi ,YukoKayasuga-Kariya,Ung-1I Chung,Takamasa Sakai Science,2014,343,873-875)
[0003]近年來微波已經被廣泛地應用于化學領域，包括分子篩制備、放射性藥物的合成、無機配合物的合成與嵌入反應、干燥條件下的有機反應、等離子體化學、分析化學中的樣品預處理及催化等。近年來，微波法因其具有特殊效應已引起了材料科學界的極大關注。與傳統方法相比，微波法具有反應速度快、反應條件溫和及反應效率高等優點，而且產品具有較高的純度、窄的粒徑分布和均一的形態，并適于推廣到大規模的工業生產中去，因而在材料合成領域中顯示了良好的發展態勢和廣闊的應用前景。

【發明內容】

[0004]針對傳統方法合成的水凝膠在生理條件下聚合網絡容易被破壞導致水凝膠機械性能和可恢復性能的降低的問題，本發明的一個目的是提供了一種通過微波輔助加熱法制備水凝膠的方法，由該方法制備的水凝膠在生理條件下不僅保持高韌性、延展性、機械強度，并且維持自身形態的穩定，具有良好的自恢復性能。
[0005]根據本發明的所述通過微波輔助加熱制備能夠在生理條件下保持高機械性和自恢復性的人造承重軟骨水凝膠的制備方法，包括如下步驟:
[0006]I)將聚乙烯醇顆粒加入到去離子水中，使溶液中聚乙烯醇的質量百分比濃度為5-20 %，然后在溫度為800C、磁力攪拌下加熱10-20min，配制成溶液A;
[0007]2)將聚乙烯吡咯烷酮粉末加入去離子水中，使溶液中聚乙烯吡咯烷酮的質量百分比濃度為10-30%，在超聲細胞粉碎機下繼續分散10-20min，配制成溶液B;
[0008]3)將步驟I)、2)中得到的溶液A和B按照體積比為5:1至1:1的比例混合得到前驅體溶液；
[0009]4)向步驟3)中得到的前驅體溶液中加入占前驅體溶液體積I %的質量百分比濃度為10%的硫酸，在微波輔助下加熱，然后冷卻至室溫即可得到在生理條件下具有高機械性和可恢復性的人造承重軟骨水凝膠，其中所述微波輔助加熱是微波600W下反應3-5min。
[0010]優選地，步驟I)中所述聚乙烯醇顆粒為具有17-22萬的重均分子量且醇解度約為88 %的聚乙烯醇顆粒，進一步優選為PVAl 7-88;溶液中聚乙烯醇的質量百分比濃度優選為7-15%，進一步優選為8-10%，更進一步優選為8%。
[0011]優選地，步驟2)中所述聚乙烯吡咯烷酮粉末為具有1-7萬的重均分子量的聚乙烯吡咯烷酮粉末，優選為聚乙烯吡咯烷酮K-30，溶液中的聚乙烯吡咯烷酮的質量百分比濃度優選為10-25% ;進一步優選為20-25%，更進一步優選為20%。
[0012]優選地，步驟3)中所述步驟I)、2)中得到的溶液A和B的混合體積比優選為3:1至2:1，進一步優選為7:3至5:3，更進一步優選為7:3。
[0013]優選地，根據本發明的制備方法中不添加有機溶劑、交聯劑、引發劑，以及不采用紫外光誘導。
[0014]根據本發明的所述制備方法包括如下步驟:
[0015]I)將30g聚乙烯醇顆粒PVA17-88加入345mL去離子水中在磁力攪拌加熱條件下配制成溶液，其中聚乙烯醇的質量百分比濃度為8%的聚乙烯醇溶液；
[0016]2)將5g聚乙烯吡咯烷酮粉末K-30加入到20mL去離子水中在超聲波條件下配制成溶液，其中的聚乙烯吡咯烷酮的質量百分比濃度為20%的聚乙烯吡咯烷酮溶液；
[0017]3)前驅體溶液制備
[0018]將步驟I)所得到的聚乙烯醇溶液和步驟2)所得到的聚乙烯吡咯烷酮溶液按體積比7:3的比例混合攪拌均勻后，加入占混合溶液體積I %的質量百分比濃度為10 %的硫酸得到前驅體溶液；
[0019]4)微波輔助加熱
[0020]將步驟3)中得到的前驅體溶液在600W微波下反應3min，使前驅體溶液中聚乙烯醇和聚乙烯吡咯烷酮發生自組裝的親電重排交聯成二嵌段的網絡結構，然后將反應液轉移到室溫下冷卻即可得到能夠在生理條件下保持高韌性、延展性、機械強度，并且維持自身形態的穩定，具有良好的自恢復性能的人造承重軟骨水凝膠。
[0021]根據本發明的另一個方面，本發明提供了一種在生理條件下保持高機械性和自恢復性的人造承重軟骨水凝膠，所述水凝膠通過本發明的上述制備方法制備。該水凝膠在承受1.16MPa的拉應力下，伸長率可達到780 %，在壓縮形變量為90 %條件下可承受50MPa以上的壓應力。
[0022]有益效果
[0023]1、根據本發明的人造承重軟骨水凝膠的制備方法中，PVA和PVP都是簡單易得的高聚物，而且PVA和PVP都是具有良好生物相容性的聚合物;兩者在酸性環境下微波輔助加熱自組裝即可合成具有高機械性和可恢復性的水凝膠；
[0024]2、根據本發明的方法制備的人造承重軟骨水凝膠，在合成過程中不添加任何交聯劑、有機溶劑、引發劑和不使用紫外誘導；
[0025]3、根據本發明的方法制備出的人造承重軟骨水凝膠在經過循環冷凍試驗時仍然保持其透明度，性能優于同類型的水凝膠；
[0026]4、根據本發明的方法制備出的人造承重軟骨水凝膠在達到溶脹平衡時，任然保持其透明度，說明內部齊次網絡結構在溶脹條件下保持不變；
[0027]5、根據本發明的方法制備出的人造承重軟骨水凝膠在單軸拉伸實驗中最高可承受1.16MPa的拉應力，形變量達到780% ；
[0028]6、根據本發明的方法制備出的人造承重軟骨水凝膠在無側限壓縮實驗中在形變量為90 %時壓應力達到了 50MPa ；
[0029]7、根據本發明的方法制備出的人造承重軟骨水凝膠在無側限壓縮實驗中在形變量為80 %條件下循環壓縮十次，最高回復率可達到96.2%；
[0030]8、根據本發明的制備方法，原料來源廣泛，價格便宜，降低產品的生產成本，利于工業化推廣使用。
【附圖說明】
[0031 ]圖1為根據本發明的人造承重軟骨水凝膠制備流程圖。
[0032]圖2為根據實施例1制備的人造承重軟骨水凝膠及反應物PVA和PVP的傅里葉紅外圖譜圖。
[0033]圖3為根據實施例1至5中不同PVP濃度條件下制備的人造承重軟骨水凝膠的單軸拉伸試驗圖。
[0034]圖4為根據實施例1至5中不同PVP濃度條件下制備的人造承重軟骨水凝膠的無側限壓縮實驗圖。
[0035]圖5為根據實施例1至5中不同PVP濃度條件下制備的人造承重軟骨水凝膠的無側限壓縮循環實驗圖。
[0036]圖6為根據實施例1至5中不同PVP濃度條件下制備的人造承重軟骨水凝膠的單軸拉伸/無側限壓縮實驗過程展示圖。
[0037]圖7為根據實施例1制備的人造承重軟骨水凝膠的循環冷凍/解凍實驗前后對比圖。
[0038]圖8為根據實施例1制備的人造承重軟骨水凝膠的溶脹實驗前后對比圖。
【具體實施方式】
[0039]目前在酸性環境下通過微波輔助加熱聚乙烯醇與聚乙烯吡咯烷酮通過共價鍵連接自組裝合成具有齊次網絡結構的水凝膠還未系統研究，這種水凝膠在生理條件下不僅保持高韌性、延展性、機械強度，并且維持自身形態的穩定，具有良好的自恢復性能。
[0040]在根據本發明的制備方法中以高聚物PVA和PVP為原料，先將PVA和PVP配制成溶液，然后將PVA溶液和PVP溶液按照一定的比例在酸性條件下混合成前驅體溶液，在微波輔助加熱條件下反應，最后將反應液轉移到室溫條件下冷卻可得到穩定的透明的水凝膠，此過程無需任何復雜實驗設備，不添加任何交聯劑、有機溶劑、引發劑以及紫外誘導條件，組分內部通過自組裝形成均一的齊次網絡結構賦予水凝膠高機械性和可恢復性，綠色無污染，工藝簡潔，操作方便，是一種高效快捷環境友好的制備人造承重軟骨水凝膠的方法。
[0041]根據本發明的制備方法中，所述PVA顆粒為分子量為17-22萬且醇解度約為88%的PVA顆粒，優選為PVA17-88。而且PVA17-88是醫用聚合物，有很好的生物相容性。當PVA的分子量過高時，PVA的價格越高，成本上升，且由于容易固化而不易配制成溶液;而當PVA的分子量過低時，雖然價格可能便宜，但由于分子鏈過短，不能與PVP構建均一的三維網絡結構。因此根據本發明的制備方法中所述PVA顆粒的分子量優選為17-22萬。
[0042]根據本發明的制備方法中，所述PVP粉末可以是K-30PVP粉末，其重均分子量約為
1-7萬，較為合適，同時PVP K-30已獲得國家醫藥管理部門的批準正式上市，環保無污染而且具有良好的生物相容性，不與人體組織發生反應，有良好的生理惰性。
[0043]在根據本發明的制備方法中采用聚乙烯醇和聚乙烯吡咯烷酮作為反應原料，聚乙烯醇與聚乙烯吡咯烷酮在不借助交聯劑的作用下通過親電重排自組裝形成互相交聯的三維網絡結構，在聚乙烯醇溶液濃度保持不變的情況下，在一定范圍內水凝膠的拉伸強度隨著聚乙烯吡咯烷酮溶液濃度的增加而增加，原因是聚乙烯吡咯烷酮作為三維聚合網絡的組成部分，隨著聚乙烯吡咯烷酮濃度的增加，交聯密度也相應的增加，使得三維聚合網絡變得更加致密，所承受外力變化的能力也相應增強(Rubinstein ,M.； Colby , R.H.PolymerPhysics.0xford University Press，2003.)。
[0044]聚乙烯醇PVA 17-88水溶液在室溫下隨時間粘度逐漸增大.但質量百分比濃度為8%時的粘度是絕對穩定的，可以長時間的穩定存在。質量百分比濃度為8%的聚乙烯醇水溶液在高溫下粘度保持不變有利于與聚乙烯吡咯烷酮的充分混合。
[0045]聚乙烯醇與聚乙烯吡咯烷酮作為聚合物水凝膠的三維聚合網絡的骨架，當保持質量百分比濃度為8%的聚乙烯醇體積不變時，以質量百分比濃度為20%聚乙烯吡咯烷酮體積為變量合成水凝膠，當聚乙烯吡咯烷酮體積比較低時合成的水凝膠太軟不易成型、機械強度也不高，當聚乙烯吡咯烷酮體積比較高時合成的水凝膠柔韌性差、脆性比較大。
[0046]在根據本發明的制備方法制備的人造承重軟骨水凝膠，PVA和PVP都是簡單易得聚合物使得生產成本大大降低，而且由于PVA和PVP本身就是長分子鏈結構，對于構建水凝膠中三維聚合網絡網狀結構有利，進而提升了水凝膠的力學性能。
[0047]以下，將詳細地描述本發明。在進行描述之前，應當理解的是，在本說明書和所附的權利要求書中使用的術語不應解釋為限制于一般含義和字典含義，而應當在允許發明人適當定義術語以進行最佳解釋的原則的基礎上，根據與本發明的技術方面相應的含義和概念進行解釋。因此，這里提出的描述僅僅是出于舉例說明目的的優選實例，并非意圖限制本發明的范圍，從而應當理解的是，在不偏離本發明的精神和范圍的情況下，可以由其獲得其他等價方式或改進方式。
[0048]實施例1
[0049]I)將30g PVA顆粒(PVA17-88，分子量為17-22萬，醇解度約為88%，國藥集團化學試劑有限公司)加入345mL去離子水中在磁力攪拌，溫度為80°C條件下加熱15min，得到聚乙烯醇的質量百分比濃度為8%的PVA溶液；
[0050]2)將5g PVP粉末(PVP粉末K-30，分子量1-7萬，西隴化工股份有限公司)加入到20mL去離子水中在超聲波條件下分散15min配制成溶中的聚乙烯吡咯烷酮的質量百分比濃度為20%的PVP溶液；
[0051]3)前驅體溶液制備
[0052]將步驟I)所得到的PVA溶和步驟2)所得到的PVP溶液按體積比7:3的比例混合攪拌均勻后，加入占混合溶液體積I %的質量百分比濃度為10%的硫酸得到前驅體溶液；
[0053]4)微波輔助加熱
[0054]將前驅體溶液在600W微波下反應3min，使前驅體溶液中PVA和PVP反應，使前驅體溶液變得粘稠，然后轉移到室溫條件下冷卻即可得到穩定的透明的人造承重軟骨水凝膠(PVP-20)。
[0055]采用傅里葉紅外譜圖對原料PVA、PVP以及反應后的人造承重軟骨水凝膠的結構變化進行分析，如圖2所示，其中曲線a為原料聚合物PVA和PVP混合后的紅外吸收峰曲線，曲線b為反應得到的人造承重軟骨水凝膠的紅外吸收峰曲線。在傅里葉紅外光譜圖中1250cm—1人造承重軟骨水凝膠出現了 C-O-C的吸收峰，說明PVA分子鏈上的羥基和PVP分子鏈上的羰基在酸性條件下發生了自組裝的親電重排，使得兩種聚合物之間通過共價鍵連接成均一的齊次網絡結構。
[0056]實施例2
[0057]除了將步驟3)中PVP溶液質量百分比濃度改變為3%以外，按照實施例1相同的制備步驟制得人造承重軟骨水凝膠(PVP-3)。
[0058]實施例3
[0059]除了將步驟3)中PVP溶液質量百分比濃度改變為5%以外，按照實施例1相同的制備步驟制得人造承重軟骨水凝膠(PVP-5)。
[0060]實施例4
[0061 ]除了將步驟3)中PVP溶液質量百分比濃度改變為10%以外，按照實施例1相同的制備步驟制得人造承重軟骨水凝膠(PVP-10)。
[0062]實施例5
[0063]除了將步驟3)中PVP溶液質量百分比濃度改變為15%以外，按照實施例1相同的制備步驟制得人造承重軟骨水凝膠(PVP-15)。
[0064]實驗實施例1:單軸拉伸試驗
[0065]采用力學試驗機(UTM6530)對實施例1至5中制備的人造承重軟骨水凝膠進行拉伸性能進行研究。拉伸試驗使用的樣品大小為:5X2X0.5cm3的長方體，拉伸加載速率為:60mm/mino
[0066]圖3為根據實施例1至5中制備的人造承重軟骨水凝膠的單軸拉伸試驗圖，從圖中可以看出隨著PVP含量的不斷增加，人造承重軟骨水凝膠的拉伸應力不斷升高，從0.1MPa提升到1.16MPa，伸長率也從350%提升到720%。
[0067]實驗實施例2:無側限壓縮試驗
[0068]采用力學試驗機(UTM6530)對實施例1至5中制備的人造承重軟骨水凝膠進行拉伸性能進行研究。拉伸試驗使用的樣品大小為:高4cm、直徑2cm的圓柱體，壓縮加載/卸載速率為10_/111；[11和80_/111；[11，循環10次。
[0069]圖4為根據實施例1至5中制備的人造承重軟骨水凝膠在不同PVP濃度條件下的無側限壓縮實驗圖。從圖中可以看出隨著PVP含量的不斷增加，人造承重軟骨水凝膠的拉伸壓縮應力不斷升高，從1MPa提升到50MPa。
[0070]圖5為根據實施例1至5中在不同PVP濃度條件下制備的人造承重軟骨水凝膠的無側限壓縮循環實驗圖。隨著PVP含量的不斷增加，人造承重軟骨水凝膠的拉伸/壓縮應力不斷升高，循環10次后可恢復率也從85.5 %提升到96.2 %。說明隨著PVP含量的增加，三維的聚合物交聯網絡更加均一，賦予了水凝膠更高的力學性能。
[0071]圖6為根據實施例1至5中不同PVP濃度條件下制備的人造承重軟骨水凝膠的單軸拉伸/無側限壓縮實驗過程展示圖。
[0072]實驗實施例3:冷凍/解凍循環試驗
[0073]對實施例1中制備的人造承重軟骨水凝膠進行冷凍/解凍循環試驗對其性能進行研究。冷凍/解凍循環試驗的條件為_25°C到25°C，所用的樣品為PVP含量為20%的樣品。如圖7所示。先將樣品放入_25°C條件下冷凍，待樣品完全結冰后取出，在25°C條件下解凍，循環三次。人造承重軟骨水凝膠任然保持其透明度，說明沒有因PVA鏈間的氫鍵作用引起的結晶導致的光散射，進一步證明了 PVA鏈上的羥基在反應過程中被消耗參與了親電重排。
[0074]實驗實施例4:溶脹實驗
[0075]對實施例1中制備的人造承重軟骨水凝膠在生理條件下進行溶脹實驗。用到磷酸鹽緩沖液(10 X PBS，無鈣鎂)模擬生理條件:主要由NaCl、KC1、NaHP04、KH2P04等組成。進行常規的實驗按照10 XPBS:去離子水= 1:9進行稀釋，即取10 XPBSl份、去離子水9份，充分混勻，即獲得PBS工作液。將實施例1中制備人造承重軟骨水凝膠在工作液中進行溶脹實驗，樣品大小為:高為4cm和直徑為2cm的圓柱，溶脹率計算公式:Q= (Ws—Wd)/Wd(Q為溶脹率，Ws為溶脹后的重量，Wd為樣品的初始重量)。如圖8所示。溶脹率隨著PVP含量的增加而降低，相應的凝膠量隨著PVP含量的增加而增加，說明PVP含量的增加提高了水凝膠的凝膠量進而提高了聚合物間的交聯密度，所以使水凝膠可以在生理條件下抑制腫脹現象，保持自身結構的穩定。
[0076]對比實施例1
[0077]I)將30g PVA顆粒(PVA17-88，分子量為17-22萬，醇解度約為88%)加入345mL去離子水中在磁力攪拌，溫度為80°C條件下加熱15min，得到聚乙烯醇的質量百分比濃度為8%的PVA溶液；
[0078]2)將5g PVP粉末(PVP粉末K-30，分子量1-7萬)加入到20mL去離子水中在超聲波條件下分散15min配制成溶中的聚乙烯吡咯烷酮的質量百分比濃度為20%的PVP溶液；
[0079]3)前驅體溶液制備
[0080]將步驟I)所得到的PVA溶和步驟2)所得到的PVP溶液按體積比7:3的比例混合攪拌均勻后，加入占混合溶液體積I %的質量百分比濃度為10%的硫酸得到前驅體溶液；
[0081 ] 4)磁力攪拌加熱
[0082]將前驅體溶液在80°C條件下磁力攪拌加熱30min，使前驅體溶液中PVA和PVP反應，使前驅體溶液變得粘稠，然后轉移到室溫條件下冷卻得到水凝膠。
[0083]對比實施例1中得到的水凝膠反應不均勻，水凝膠產品不透明，且性能不符合要求，而且反應所需時間要長。
[0084]這是由于普通的磁力攪拌加熱是通過局部受熱，然后再經過熱傳遞進行加熱，使受熱不均勻。相比較而言，微波輔助加熱具有加熱速度快、熱量損失小、操作方便等特點，既可以縮短工藝時間、提高生產率、降低成本，又可以提高產品質量。與傳統加熱方式相比，微波加熱有以下特點:加熱均勻、速度快一般的加熱方法憑借加熱周圍的環境，以熱量的輻射或通過熱空氣對流的方式使物體的表面先得到加熱，然后通過熱傳導傳導物體的內部。這種方法效率低，加熱時間長。微波加熱的最大特點是，微波是在被加熱物內部產生的，熱源來自物體內部，加熱均勻，不會造成“外焦里不熟”的夾生現象，有利于提高產品質量，同時由于“里外同時加熱”大大縮短了加熱時間，加熱效率高，有利于提高產品產量。微波加熱的慣性很小，可以實現溫度升降的快速控制，有利于連續生產地額自動控制。
[0085]以上實施例僅是作為本發明的實施方案的例子列舉，并不對本發明構成任何限制，本領域技術人員可以理解在不偏離本發明的實質和構思的范圍內的修改均落入本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種通過微波輔助加熱法制備水凝膠的方法，其包括如下步驟: 1)將聚乙烯醇顆粒加入到去離子水中，使溶液中聚乙烯醇的質量百分比濃度為5-20 %，然后在溫度為800C、磁力攪拌下加熱10-20min，配制成溶液A; 2)將聚乙烯吡咯烷酮粉末加入去離子水中，使溶液中聚乙烯吡咯烷酮的質量百分比濃度為10-30%，在超聲細胞粉碎機下繼續分散10-20min，配制成溶液B; 3)將步驟I)、2)中得到的溶液A和B按照體積比為5:1至1:1的比例混合得到前驅體溶液； 4)向步驟3)中得到的前驅體溶液中加入占前驅體溶液體積I%的質量百分比濃度為10%的硫酸，在微波輔助下加熱，然后冷卻至室溫即可得到在生理條件下具有高機械性和可恢復性的人造承重軟骨水凝膠，其中所述微波輔助加熱為微波600W下反應3-5min。2.根據權利要求1所述的通過微波輔助加熱法制備水凝膠的方法，其特征在于，步驟I)中所述聚乙烯醇顆粒為具有17-22萬的重均分子量且醇解度約為88%的聚乙烯醇顆粒，進一步優選為PVAl 7-88。3.根據權利要求1所述的通過微波輔助加熱法制備水凝膠的方法，其特征在于，步驟I)中所述溶液中聚乙烯醇的質量百分比濃度為7-15%，進一步優選為8-10%，更進一步優選為8% ο4.根據權利要求1所述的通過微波輔助加熱法制備水凝膠的方法，其特征在于，步驟2)中所述聚乙烯吡咯烷酮粉末為具有1-7萬的重均分子量的聚乙烯吡咯烷酮粉末，優選為聚乙烯吡咯烷酮K-30。5.根據權利要求1所述的通過微波輔助加熱法制備水凝膠的方法，其特征在于，步驟2)中所述溶液中的聚乙烯吡咯烷酮的質量百分比濃度為10-25% ;進一步優選為20-25%，更進一步優選為20%。6.根據權利要求1所述的通過微波輔助加熱法制備水凝膠的方法，其特征在于，步驟3)中所述步驟I)、2)中得到的溶液A和B的混合體積比優選為3:1至2:1，進一步優選為7:3至5:3，更進一步優選為7:3。7.根據權利要求1所述的通過微波輔助加熱法制備水凝膠的方法，其特征在于，所述方法中不添加有機溶劑、交聯劑、引發劑，以及不采用紫外光誘導。8.根據權利要求1所述的通過微波輔助加熱法制備水凝膠的方法，其包括如下步驟: 1)將30g聚乙烯醇顆粒PVA17-88加入345mL去離子水中在磁力攪拌加熱條件下配制成溶液，其中聚乙烯醇的質量百分比濃度為8%的聚乙烯醇溶液； 2)將5g聚乙烯吡咯烷酮粉末K-30加入到20mL去離子水中在超聲波條件下配制成溶液，其中的聚乙烯吡咯烷酮的質量百分比濃度為20%的聚乙烯吡咯烷酮溶液； 3)前驅體溶液制備 將步驟I)所得到的聚乙烯醇溶液和步驟2)所得到的聚乙烯吡咯烷酮溶液按體積比7:3的比例混合攪拌均勻后，加入占混合溶液體積1%的質量百分比濃度為10%的硫酸得到前驅體溶液； 4)微波輔助加熱 將步驟3)中得到的前驅體溶液在600W微波下反應3min，使前驅體溶液中聚乙烯醇和聚乙烯吡咯烷酮發生自組裝的親電重排交聯成二嵌段的網絡結構，然后將反應液轉移到室溫下冷卻即可得到能夠在生理條件下保持高韌性、延展性、機械強度，并且維持自身形態的穩定，具有良好的自恢復性能的人造承重軟骨水凝膠。9.一種人造承重軟骨水凝膠，其特征在于，所述水凝膠通過權利要求1至6中任意一項所述的制備方法制備;所述水凝膠在承受1.16MPa的拉應力下，伸長率可達到780%，在壓縮形變量為90%條件下可承受50MPa以上的壓應力。
【文檔編號】A61L27/50GK105963793SQ201610299016
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月6日
【發明人】馬明國, 劉艷軍, 劉姍, 付連花, 孟玲燕
【申請人】北京林業大學