專利名稱：多孔硅水凝膠互穿網絡(ipn)膜的制備方法
技術領域：
本發明屬硅水凝膠互穿網絡(IPN)膜的制備領域，特別是涉及一種多孔硅水凝膠 互穿網絡(IPN)膜的制備方法。
背景技術：
聚二甲基硅氧烷(PDMS)材料具有很好的生物相容性、穩定性和透氧性，因此，作 為生物醫用材料具有很好的應用前景，但是由于其本身疏水的特性作為長期植入材料會造 成一些不良影響。要想使PDMS更廣泛地應用到組織填充、藥物釋放等各個領域，通過親水 成分的引入改善其表面可濕性和對水溶性物質的滲透性是一種有效的途徑。通過水凝膠對PDMS進行改性可以由以下幾種方法來實現(1)使水凝膠在PDMS 的表面接枝；(2)硅水凝膠共聚物體系；(3)硅水凝膠的顆粒復合物體系；(4)硅水凝膠的 互穿網絡(IPN)體系。其中，硅水凝膠IPN目前被認為是得到理想的硅水凝膠材料的最為 有效的途徑，其優勢集中地體現在通過水凝膠成分能夠有效改善PDMS的表面親水性并賦 予其一定的溶脹性能，并且和其他各體系相比較又具有更好的穩定性。目前已有對硅水凝膠互穿網絡材料的制備技術通常通過順序互穿的方式在PDMS 中引入親水的水凝膠第二相來實現，而IPN與親水性相關的一系列性質都與水凝膠第二網 絡的性質與含量直接相關。但是，這種方法所能引入的水凝膠成分含量十分有限。從提高 材料保水性和滲透性的角度出發，很容易讓我們想到另一類材料，也就是多孔材料。多孔材 料的特殊結構使得這類材料在很多應用中已經顯示出優勢。尤其是在組織工程和藥物釋放 領域，多孔性賦予了這類材料一些特殊的性能。例如多孔材料植入生物體內后，在材料與組 織界面處正常組織能夠通過相互連通的孔洞生長，從而使材料與自身組織形成一體，避免 植入材料在一段時間后移位，這在外科手術中具有非常重要的意義。另外，材料的多孔性使 其與無孔材料相比具有更好的保水性和滲透性，更能與生物體的內環境相適應。因此，尋求 一種獲得多孔硅水凝膠IPN的制備途徑是我們面臨的一項挑戰。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種多孔硅水凝膠互穿網絡(IPN)膜的制備 方法，該方法簡單，適合于工業化生產；所得PDMS/PHEMAIPN膜具有相互貫通的多孔結構， 很好的保水性及較強的載藥能力；較好的生物相容性。本發明的一種多孔硅水凝膠互穿網絡(IPN)膜的制備方法，包括(I)CaCO3模板的制備將聚乙二醇(PEG)溶于CaCl2溶液中，記為溶液A ；聚乙二醇(PEG)溶于Na2CO3溶 液中，記為溶液B;在所述溶液B中加入十二烷基硫酸鈉(SDS)充分混合，之后快速加入所 述溶液A，攪拌l-2min并在20-30°C靜置陳化，即得CaCO3微球沉淀，水洗沉淀4_6次，干燥；(2)模板顆粒的表面改性配制鋁鋯偶聯劑水溶液，然后加入上述干燥后的CaCO3微球粉末；經超聲振蕩后，升溫至40-60°C并繼續恒溫攪拌l_2h ；過濾、干燥、研磨即得到經表面改性的CaCO3模板顆粒；(3) PDMS第一網絡膜的制備將聚二甲基硅氧烷(PDMS)、正硅酸四乙酯(TEOS)和辛酸亞錫溶于異丙醇，加入步 驟(2)所得的CaCO3顆粒，并充分攪拌記為混合物C ；將培養皿裝水至1/2-2/3處，將混合物 C緩慢傾倒于水面上并將培養皿密封，室溫條件下反應2-3天得到PDMS第一網絡膜，采用索 氏抽提法用正己烷除去未反應的PDMS預聚物單體，然后在40-60°C真空烘箱內干燥；(4) PDMS/PHEMA IPN 的形成在甲基丙烯酸-β-羥乙酯(HEMA)、偶氮二異丁腈(AIBN)和N，N’-二亞甲基雙丙 烯酰胺(MBAA)混合液中加入異丙醇配成溶液D ；將步驟(3)干燥后的PDMS第一網絡膜浸 于溶液D中，待溶脹達到平衡后，于60-90°C真空條件下反應2-5h，再升溫至90-100°C保持 l_3h使反應完全，得到PDMS/PHEMA IPN ；(5)模板的洗除將上述PDMS/PHEMA IPN浸于稀鹽酸中，室溫條件下超聲振蕩并用去離子水洗滌， 以除去IPN膜中的CaCO3微顆粒模板，得到多孔IPN。所述步驟(1)中聚乙二醇的分子量為6000。所述步驟(1)中CaCl2和Na2CO3溶液濃度分別為0. 05-0. 3M。所述步驟(1)中PEG與SDS的質量比為0. 1-0. 4。所述步驟(2)中鋁鋯偶聯劑配制成水溶液的濃度為_4%。所述步驟(3)中的TEOS與PDMS預聚物的質量比為0. 05-0. 2 ；辛酸亞錫與PDMS預 聚物的質量比為0. 01-0. 05 ；異丙醇與PDMS的質量比為0. 4-0. 8 ；CaCO3顆粒與PDMS的質 量比為0. 05-0. 2。所述步驟(4)中AIBN與MBAA的濃度分別為HEMA單體的0. 1-0. 3mol %及 0. 2-0. 5mol%。所述步驟(4)中HEMA與異丙醇的質量比為0. 2-0. 6。所述步驟(5)中稀鹽酸的濃度為0. 5_2wt%。本發明以經表面改性后的CaCO3顆粒為模板，將其加入到PDMS預聚物、TE0S、辛酸 亞錫與異丙醇的混合液中，固化得到PDMS第一網絡膜；通過順序互穿的方法，將上述PDMS 第一網絡膜浸于HEMA單體、交聯劑、引發劑、異丙醇的混合液中；待其在該第二網絡單體溶 液中溶脹達到平衡后，升溫完成第二網絡的聚合；所得IPN膜經過酸洗除去CaCO3微模板顆 粒，得到相應的多孔PDMS/PHEMA IPN。有益效果(1)本發明的制備方法重復性強，所需生產設備簡單，適于大規模生產；(2)所得PDMS/PHEMAIPN膜具有相互貫通的多孔結構，很好的保水性及較強的載 藥能力；(3)所得多孔PDMS/PHEMAIPN經過細胞毒性測試，證明具有較好的生物相容性，作 為生物醫用材料具有潛在的應用價值。
圖1 (a) CaCO3模板及(b)多孔IPN制備原理；
圖2CaC03顆粒模板洗除前后的IPN產物對比；圖3PDMS/PHEMA IPN多孔結構的SEM圖像；圖4PDMS及相應IPN產物的紅外光譜圖；圖5茶堿從PDMS/PHEMA IPN樣品中釋放的過程；圖6PDMS、無孔及多孔PDMS/PHEMA-PDMAA IPN的細胞成活率；圖7各時間段顯微鏡觀察到的多孔PDMS/PHEMA IPN表面細胞生長的情況。
具體實施例方式下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用于說明本發明 而不用于限制本發明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之后，本領域技術人 員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定 的范圍。實施例1稱取0. 3g PEG分別溶于300ml 0. IM CaCl2和0. IM Na2CO3溶液中，分別記為溶液 A與溶液B ；在溶液B中加入1. 2g SDS充分混合；將配好的溶液A快速加入到溶液B中，攪 拌Imin并在25°C條件下靜置陳化；所得CaCO3微球沉淀反復水洗5次，干燥備用；將鋁鋯偶聯劑配制濃度為2%水溶液，取第一步所得CaCO3微球粉末加入到該溶液 中；經超聲振蕩處理后，將所得懸浮液倒入到三口燒瓶中，升溫至40°C并繼續恒溫攪拌Ih ； 過濾、干燥、研磨即得到經表面改性的CaCO3模板顆粒；將4g PDMS、0. 4g TE0S、0. 12g 辛酸亞錫混合，溶于 2. 67g 異丙醇，加入 0. 4g CaCO3 顆粒并充分攪拌記為混合物C ；將培養皿裝水至2/3處，混合物C緩慢傾倒于水面上并將培 養皿密封，室溫條件下反應3天得到PDMS第一網絡膜；采用索氏抽提法用正己烷除去未反 應的PDMS預聚物單體；將所得PDMS第一網絡膜置于60°C真空烘箱內干燥備用；取4g HEMA單體、分別按單體比例的0. 2mol%及0. 4mol%加入ΑΙΒΝ、MBAA，再在 該單體混合液中加入加入9g異丙醇配成溶液D ；將第三步所得PDMS第一網絡膜浸于溶液 D中，待溶脹達到平衡后，于80°C真空條件下反應3h，再升溫至90°C保持2h使反應完全，得 到相應 PDMS/PHEMA IPN ；將所得IPN浸于1襯％的稀鹽酸中，室溫條件下超聲振蕩并用去離子水洗滌數次 以除去IPN膜中的CaCO3顆粒，得到相應的多孔IPN。圖1為本實施例制備的CaCO3模板顆 粒及模板法制備多孔硅水凝膠IPN的原理圖。圖2為本實施例制備的PDMS/PHEMAIPN在模 板洗除前后的對比照片。圖3為本實施例制備的IPN的多孔結構。實施例2稱取0. 2g PEG分別溶于IOOml 0. 05M CaCl2和0. 05M Na2CO3溶液中，分別記為溶 液A與溶液B ；在溶液B中加入2g SDS充分混合；將配好的溶液A快速加入到溶液B中，攪 拌Imin并在20°C條件下靜置陳化；所得CaCO3微球沉淀反復水洗4次，干燥備用；將鋁鋯偶聯劑配制濃度為水溶液，取第一步所得CaCO3微球粉末加入到該溶 液中；經超聲振蕩處理后，將所得懸浮液倒入到三口燒瓶中，升溫至50°C并繼續恒溫攪拌 1. 5h ；過濾、干燥、研磨即得到經表面改性的CaCO3模板顆粒；將4g PDMS、0. 2g TE0S、0. 04g辛酸亞錫混合，溶于1. 6g異丙醇，加入0. 2g CaCO3 5顆粒并充分攪拌記為混合物C ；將培養皿裝水至1/2處，混合物C緩慢傾倒于水面上并將培 養皿密封，室溫條件下反應2天得到PDMS第一網絡膜；采用索氏抽提法用正己烷除去未反 應的PDMS預聚物單體。將所得PDMS第一網絡膜置于40°C真空烘箱內干燥備用；取5g HEMA單體、分別按單體比例的0. Imol %及0. 5mol%加入ΑΙΒΝ、MBAA，再在 該單體混合液中加入加入12g異丙醇配成溶液D ；將第三步所得PDMS第一網絡膜浸于溶液 D中，待溶脹達到平衡后，于60°C真空條件下反應5h，再升溫至90°C保持3h使反應完全，得 到相應 PDMS/PHEMA IPN ；將所得IPN浸于0. 5wt%的稀鹽酸中，室溫條件下超聲振蕩并用去離子水洗滌數 次以除去IPN膜中的CaCO3微顆粒模板，得到相應的多孔IPN。圖4為純組分PDMS以及本實 施例制備的PDMS/PHEMA IPN的紅外光譜圖。圖5為本實施例制備的多孔PDMS/PHEMA IPN 對茶堿的釋放過程。實施例3稱取0. 4g PEG分別溶于400ml 0. 3M CaCl2和0. 3M Na2CO3溶液中，分別記為溶液 A與溶液B ；在溶液B中加入Ig SDS充分混合；將配好的溶液A快速加入到溶液B中，攪拌 2min并30°C條件下靜置陳化；所得CaCO3微球沉淀反復水洗6次，干燥備用；將鋁鋯偶聯劑配制濃度為4%水溶液，取第一步所得CaCO3微球粉末加入到該溶液 中；經超聲振蕩處理后，將所得懸浮液倒入到三口燒瓶中，升溫至60°C并繼續恒溫攪拌2h ； 過濾、干燥、研磨即得到經表面改性的CaCO3模板顆粒；將4g PDMS、0. 8g TE0S、0. 2g辛酸亞錫混合，溶于3. 2g異丙醇，加入0. 8g CaCO3顆 粒并充分攪拌記為混合物C ；將培養皿裝水至2/3處，混合物C緩慢傾倒于水面上并將培養 皿密封，室溫條件下反應3天得到PDMS第一網絡膜；采用索氏抽提法用正己烷除去未反應 的PDMS預聚物單體。將所得PDMS第一網絡膜置于50°C真空烘箱內干燥備用；取6g HEMA單體、分別按單體比例的0. 3mol%及0. 2mol%加入ΑΙΒΝ、MBAA，再在 該單體混合液中加入加入IOg異丙醇配成溶液D ；將第三步所得PDMS第一網絡膜浸于溶液 D中；待溶脹達到平衡后，于90°C真空條件下反應2h，再升溫至10(TC保持Ih使反應完全， 得到相應 PDMS/PHEMA IPN ；將所得IPN浸于2襯％的稀鹽酸中，室溫條件下超聲振蕩并用去離子水洗滌數次 以除去IPN膜中的CaCO3顆粒，得到相應的多孔IPN。圖6為PDMS第一網絡膜、無孔的PDMS/ PHEMA IPN，以及本實施例制備的多孔IPN表面細胞成活率的測試結果。圖7為通過顯微鏡 觀察到的本實施例制備的多孔PDMS/PHEMA-PDMAAIPN表面L929細胞生長的情況。
權利要求
一種多孔硅水凝膠互穿網絡IPN膜的制備方法，包括(1)將聚乙二醇PEG溶于CaCl2溶液中，記為溶液A；聚乙二醇PEG溶于Na2CO3溶液中，記為溶液B；在所述溶液B中加入十二烷基硫酸鈉SDS混合，之后加入所述溶液A，攪拌1 2min并在20 30℃靜置陳化，即得CaCO3微球沉淀，水洗沉淀4 6次，干燥；所述PEG與SDS的質量比為0.1 0.4；(2)配制鋁鋯偶聯劑水溶液，然后加入上述干燥后的CaCO3微球粉末；經超聲振蕩后，升溫至40 60℃并繼續恒溫攪拌1 2h；過濾、干燥、研磨即得到經表面改性的CaCO3模板顆粒；(3)將聚二甲基硅氧烷PDMS、正硅酸四乙酯TEOS和辛酸亞錫溶于異丙醇，加入步驟(2)所得的CaCO3顆粒，并攪拌記為混合物C；將培養皿裝水至1/2 2/3處，將混合物C緩慢傾倒于水面上并將培養皿密封，室溫條件下反應2 3天得到PDMS第一網絡膜，采用索氏抽提法用正己烷除去未反應的PDMS預聚物單體，然后在40 60℃真空烘箱內干燥；所述TEOS與PDMS預聚物的質量比為0.05 0.2；所述辛酸亞錫與PDMS預聚物的質量比為0.01 0.05；所述異丙醇與PDMS的質量比為0.4 0.8；所述CaCO3顆粒與PDMS的質量比為0.05 0.2；(4)在甲基丙烯酸 β 羥乙酯HEMA、偶氮二異丁腈AIBN和N，N’ 二亞甲基雙丙烯酰胺MBAA混合液中加入異丙醇配成溶液D；將步驟(3)干燥后的PDMS第一網絡膜浸于溶液D中，待溶脹達到平衡后，于60 90℃真空條件下反應2 5h，再升溫至90 100℃保持1 3h，得到PDMS/PHEMA IPN；所述HEMA與異丙醇的質量比為0.2 0.6；所述AIBN與MBAA的濃度分別為HEMA單體的0.1 0.3mol％及0.2 0.5mol％；(5)將上述PDMS/PHEMA IPN浸于稀鹽酸中，室溫條件下超聲振蕩并用洗滌，得到多孔IPN。
2.根據權利要求1所述的一種多孔硅水凝膠互穿網絡IPN膜的制備方法，其特征在于 所述步驟(1)中聚乙二醇的分子量為6000。
3.根據權利要求1所述的一種多孔硅水凝膠互穿網絡IPN膜的制備方法，其特征在于 所述步驟(1)中CaCl2和Na2CO3溶液濃度分別為0. 05-0. 3M。
4.根據權利要求1所述的一種多孔硅水凝膠互穿網絡IPN膜的制備方法，其特征在于 所述步驟(2)中鋁鋯偶聯劑配制成水溶液的濃度為_4%。
5.根據權利要求1所述的一種多孔硅水凝膠互穿網絡IPN膜的制備方法，其特征在于 所述步驟(5)中稀鹽酸的濃度為0.5-2wt%。
全文摘要
本發明涉及一種多孔硅水凝膠互穿網絡(IPN)膜的制備方法，包括(1)將聚乙二醇分別溶于CaCl2和Na2CO3溶液中，在其中一溶液中加入十二烷基硫酸鈉，之后加入另一溶液；(2)在鋁鋯偶聯劑水溶液中加入CaCO3微球粉末；(3)將聚二甲基硅氧烷、正硅酸四乙酯和辛酸亞錫溶于異丙醇，加入CaCO3模板顆粒，得PDMS第一網絡膜；(4)在甲基丙烯酸-β-羥乙酯、偶氮二異丁腈和N，N’-二亞甲基雙丙烯酰胺混合液中加入異丙醇；浸入第一網絡膜，得到PDMS/PHEMA IPN；(5)浸于稀鹽酸中，超聲振蕩，即得。本發明簡單，適合于工業化生產；所得IPN膜具有相互貫通的多孔結構，保水性好，載藥能力強。
文檔編號C08F2/44GK101942198SQ20101027325
公開日2011年1月12日 申請日期2010年9月3日 優先權日2010年9月3日
發明者于俊榮, 湯琦, 胡祖明, 諸靜, 陳蕾 申請人:東華大學