CN110511320A

CN110511320A - 一种基于席夫碱反应的氧化魔芋葡甘聚糖复合水凝胶及其制备方法和用途

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Publication number: CN110511320A
Application number: CN201910624694.9A
Authority: CN
Inventors: 刘瑞雪; 王晓杰; 张晓静; 李义梦; 李迎博; 陈纪超
Original assignee: Zhengzhou University of Light Industry
Current assignee: Zhengzhou University of Light Industry
Priority date: 2019-07-11
Filing date: 2019-07-11
Publication date: 2019-11-29
Anticipated expiration: 2039-07-11
Also published as: CN110511320B

Abstract

本发明涉及了一种基于席夫碱反应的氧化魔芋葡甘聚糖复合水凝胶及其制备方法，其制备方法包括以下步骤：在冰水浴条件下向氧化魔芋葡甘聚糖水溶液中加入丙烯酰胺和引发剂，并通惰性气体或氮气排除溶液中的氧气，混合均匀，得凝胶前驱体，将凝胶前驱体静置反应，即得所述复合水凝胶。本发明提供的一种基于席夫碱反应的氧化魔芋葡甘聚糖复合水凝胶的制备方法，简单易行，环境友好；采用本发明提供的制备方法制备得到的一种氧化魔芋葡甘聚糖复合水凝胶的黏弹性好，粘附性强，其粘附强度可高达49.02 kPa，且具有自愈合性能。

Description

一种基于席夫碱反应的氧化魔芋葡甘聚糖复合水凝胶及其制备方法和用途

技术领域

本发明属于功能材料技术领域，具体涉及一种具有自愈合性能和粘附性能的基于席夫碱反应的氧化魔芋葡甘聚糖复合水凝胶及其制备方法和用途。

背景技术

水凝胶是由三维交联网络和介质共同组成的多元体系，具有良好的吸水、保水、生物相容性及其它智能特性，在仿生智能器件、组织工程支架、疾病诊断与治疗及伤口敷料材料、可拉伸的电子设备、医疗设备涂层、软机器人和机器设备等领域具有重要的应用前景。而在上述领域中，粘附性水溶胶应用较为广泛，例如具有粘附性的导电凝胶可在电子设备与人体之间的界面处起到粘结作用，达到治疗效果。

但是现有的具有强粘附性能的水凝胶交联方式大多采用多巴胺或儿茶酚中邻苯二酚结构氧化偶联的方式，如中国专利CN106589409A公开了一种聚谷氨酸/海藻酸钠粘附性水凝胶及其制备方法，将多巴胺改性的氧化海藻酸钠与酰肼化的聚谷氨酸一起加入Fe³⁺固化成胶。此专利是利用多巴胺儿茶酚中邻苯二酚与Fe³⁺络合交联，此种方式虽然能够获得具备一定粘附性的水凝胶，但是其在制备的过程中加入了Fe³⁺存在毒副作用，而且形成的水凝胶链段中缺少可自愈合基于的氢键、离子键，缺乏自愈合性能。受天然贻贝的粘附机制的影响，韩璐等使用多巴胺与丙烯酰胺为原料，在交联剂MBA（N,N-二甲基双丙烯酰胺）下合成了一种具有优异粘附性能的水凝胶，但多巴胺氧化过程中容易过度氧化，一旦过度氧化所制备的凝胶就会失去粘性，反应不好控制，且其实验中所用丙烯酰胺含量一般都在20%以上，丙烯酰胺属于合成物，不易降解，且量大时会对人体及环境造成危害，因此，通过简单易行、环境友好的方法制备一种具有较高粘附性和自愈合性能的水凝胶具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于席夫碱反应的氧化魔芋葡甘聚糖复合水凝胶的制备方法，该制备方法简单易行，环境友好；且采用该方法制备出的氧化魔芋葡甘聚糖复合水凝胶具有较好的自愈合性、粘附性和生物相容性，在制备生物医用材料和粘合剂中具有重要的应用。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于席夫碱反应的氧化魔芋葡甘聚糖复合水凝胶的制备方法，其包括以下步骤：

在冰水浴条件下向氧化魔芋葡甘聚糖水溶液中加入丙烯酰胺和引发剂，并通惰性气体或氮气排除溶液中的氧气，混合均匀，得凝胶前驱体，将凝胶前驱体静置反应，即得所述复合水凝胶。

上述的基于席夫碱反应的氧化魔芋葡甘聚糖复合水凝胶的制备方法，其中，所述氧化魔芋葡甘聚糖水溶液的质量分数为2%-12%。

上述的基于席夫碱反应的氧化魔芋葡甘聚糖复合水凝胶的制备方法，其中，所述丙烯酰胺的用量是凝胶前驱体质量的9%-11%。

上述的基于席夫碱反应的氧化魔芋葡甘聚糖复合水凝胶的制备方法，其中，所述引发剂为过硫酸钾或过硫酸铵。

上述的基于席夫碱反应的氧化魔芋葡甘聚糖复合水凝胶的制备方法，其中，所述引发剂的用量是丙烯酰胺质量的3‰-1%。

上述的基于席夫碱反应的氧化魔芋葡甘聚糖复合水凝胶的制备方法，其中，所述静置反应的温度为50-75 ℃，时间为8-12 h。

一种氧化魔芋葡甘聚糖复合水凝胶，所述氧化魔芋葡甘聚糖复合水凝胶采用上述任意一项方法制成。

上述的氧化魔芋葡甘聚糖复合水凝胶，其中，所述氧化魔芋葡甘聚糖复合水凝胶具有自愈合性、粘附性和生物相容性。

上述的氧化魔芋葡甘聚糖复合水凝胶在制备生物医用材料和粘合剂中的应用。

本发明提供的一种氧化魔芋葡甘聚糖复合水凝胶的制备方法简单易行，对环境友好，无毒，以氧化魔芋葡甘聚糖水溶液和丙烯酰胺为基体材料，在反应过程中，氧化魔芋葡甘聚糖的醛基与部分丙烯酰胺上的氨基发生席夫碱反应形成接枝结构，丙烯酰胺的碳-碳双键之间经引发剂引发自由基聚合能够形成长链的聚丙烯酰胺（PAAm），接枝在氧化魔芋葡甘聚糖链上的丙烯酰胺的碳-碳双键成为了魔芋葡甘聚糖和聚丙烯酰胺的交联点。凝胶的交联网络中由于交联点位置的分子结构中存在席夫碱的-N=C-结构，使形成的复合水凝胶具有良好的粘附性。同时，氧化魔芋葡甘聚糖的羟基与聚丙烯酰胺上的氨基之间也存在氢键相互作用，能够进一步增强并稳定凝胶的网络结构，使复合水凝胶的粘附性进一步增强。而聚丙烯酰胺链段之间的氢键、氧化魔芋葡甘聚糖的羟基与聚丙烯酰胺上的氨基之间的氢键使形成的水凝胶链段中存在基于可自愈合的氢键，使形成的复合水凝胶具有自愈合性能。

本发明提供的一种基于席夫碱反应的氧化魔芋葡甘聚糖复合水凝胶的制备方法，以氧化魔芋葡甘聚糖水溶液和丙烯酰胺为基体材料，在引发剂的作用下，氧化魔芋葡甘聚糖既能与丙烯酰胺发生席夫碱反应，又能作为一种交联剂，与聚丙烯酰胺结合，不需要额外添加交联剂，简单易行，且对环境友好；采用本发明提供的制备方法制备得到的一种氧化魔芋葡甘聚糖复合水凝胶的黏弹性好，粘附性强，其粘附强度可高达49.02 kPa，且具有自愈合性能、生物相容性，在制备生物医用材料和粘合剂中具有重要的应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是实施例1中魔芋葡甘聚糖和氧化魔芋葡甘聚糖的红外光谱；

图2是实施例4制备的复合水凝胶不同放大倍数下的扫描电镜图；

图3是实施例1-6制备出的复合水凝胶的流变性能测试结果图，其中3（a）是复合水凝胶的储能模量G'随扫描应变的变化曲线，3（b）是复合水凝胶的损耗模量 G"随扫描应变的变化曲线，3（c）是复合水凝胶的损耗因子tan δ随扫描应变的变化曲线，3（d）是应变为1% 时，G'、tan δ 随OKGM含量的变化曲线；

图4是实施例4制备出的复合水凝胶在1%（小于临界应变）的小应变和200%（高于临界应变）的大应变下交替扫描200 s三次的储能模量G' 和损耗模量G'' 变化图；

图5是实施例2-5制备出的复合水凝胶的愈合性能测试结果图，图5（a）、5（b）、5（c）、5（d）分别是实施例2、实施例3、实施例4、实施例5制得的复合水凝胶的愈合性能的测试结果图；

图6是实施例3制得的复合水凝胶粘附不同材料的实验现象图，材料依次为丁腈手套、塑料离心管、木头、金属、玻璃、硬币、橡胶、猪肉；

图7是实施例3制得的复合水凝胶粘附皮肤的实验现象图；

图8是实施例3制得的复合水凝胶对铝（Al）、橡胶（Rubber）及玻璃（Glass）的粘附强度测试结果图；

图9是实施例2-5制得的复合水凝胶对L929细胞的毒性测试结果图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明中使用的试剂均购买获得，规格均为AR级，其中，魔芋葡甘聚糖（KGM）购买自湖北强森魔芋科技有限公司，丙烯酰胺（AAm）购买自阿拉丁试剂上海股份有限公司，过硫酸钾、过硫酸铵购买自国药集团化学试剂有限公司，罗丹明购买自南京化学试剂股份有限公司，高碘酸钠购买自国药集团化学试剂有限公司，乙二醇购买自天津市风船化学试剂科技有限公司。

本发明的技术方案如下：

一种基于席夫碱反应的氧化魔芋葡甘聚糖复合水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

（1）配制质量分数为2%-12%的氧化魔芋葡甘聚糖（OKGM）水溶液；

（2）在冰水浴条件下向步骤（1）制得的氧化魔芋葡甘聚糖水溶液中加入丙烯酰胺（AAm）和引发剂，并通惰性气体或氮气排除溶液中的氧气，混合均匀，得凝胶前驱体，其中，所述丙烯酰胺的用量是凝胶前驱体质量的9%-11%，所述引发剂为过硫酸钾或过硫酸铵，所述引发剂的用量是丙烯酰胺质量的3‰-1%；

（3）将步骤（2）制得的凝胶前驱体在50-75 ℃静置反应8-12 h，即得所述复合水凝胶。

采用本实施例提供的制备方法制备得到的一种氧化魔芋葡甘聚糖复合水凝胶的黏弹性好，粘附性强，其粘附强度可高达49.02 kPa，且具有自愈合性能、生物相容性，在制备生物医用材料和粘合剂中具有重要的应用。

以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。

实施例1-PAAm-OKGM-2水凝胶的制备

（1）氧化魔芋葡甘聚糖（OKGM）的制备

将6 g KGM分散在600 mL去离子水中，50 ºC加热搅拌2 h配制浓度为1% 的均一溶液，然后加入1.58 g的高碘酸钠，控制反应温度在30 ºC，避光搅拌反应12 h，再将10 mL的乙二醇加入到反应混合液中继续搅拌2 h以除去未反应的高碘酸钠。待反应结束后将上述反应液在去离子水中透析3天直至透析液无碘酸盐（可用硝酸银检验透析液中是否还含有碘酸盐），将透析液在3000 rpm转速下离心分离20 min，收集上清液冷冻干燥，得到OKGM备用，对KGM和制备出的OKGM进行红外测试，具体测试结果如图1所示；

（2）称取0.0602 g步骤（1）制得的OKGM溶于2.9399 g去离子水中，40℃下加热并磁力搅拌至完全溶解，配制成质量分数为2 %的OKGM水溶液，在冰水浴条件下向OKGM水溶液中加入0.3336 g的AAm和0.0032 g的过硫酸钾，并通氮气10 min除尽溶液中的氧气，混合均匀后，在55 ℃静置反应10 h，即得所述复合水凝胶，编号为PAAm-OKGM-2，其中“2”表示的是OKGM水溶液的质量分数为2%。

图1是本实施例中关于KGM和OKGM的红外光谱图，从图中可以看出，在KGM的红外光谱图中，3311 cm^-1处出现的宽峰为O-H伸缩振动，1734 cm^-1处观察到乙酰基中C=O的伸缩振动，KGM氧化为OKGM后，导致OKGM约在1730 cm^-1和895 cm^-1出现了两个特征峰，前者归因于醛基对称振动（羰基），后者是由于醛基和相邻羟基之间的半缩醛结构，证明KGM成功地被氧化为OKGM。

实施例2-PAAm-OKGM-4水凝胶的制备

（1）氧化魔芋葡甘聚糖（OKGM）的制备同实施例1；

（2）称取0.1201 g步骤（1）制得的OKGM溶于2.8801 g去离子水中，40 ℃下加热并磁力搅拌至完全溶解，配制成质量分数为4%的OKGM水溶液，在冰水浴条件下向OKGM水溶液中加入0.3335 g的AAm和0.0033 g的过硫酸钾，并通氮气10 min除尽溶液中的氧气，混合均匀后，在55 ℃静置反应10 h，即得所述复合水凝胶，编号为PAAm-OKGM-4。

实施例3-PAAm-OKGM-6水凝胶的制备

（1）氧化魔芋葡甘聚糖（OKGM）的制备同实施例1；

（2）称取0.1800 g步骤（1）制得的OKGM溶于2.8199 g去离子水中，40 ℃下加热并磁力搅拌至完全溶解，配制成质量分数为6 %的OKGM水溶液，在冰水浴条件下向OKGM水溶液中加入0.3336 g的AAm和0.0034 g的过硫酸钾，并通氮气10 min除尽溶液中的氧气，混合均匀后，在55 ℃静置反应10 h，即得所述复合水凝胶，编号为PAAm-OKGM-6。

实施例4-PAAm-OKGM-8水凝胶的制备

（1）氧化魔芋葡甘聚糖（OKGM）的制备同实施例1；

（2）称取0.2403 g步骤（1）制得的OKGM溶于2.7601 g去离子水中，40 ℃下加热并磁力搅拌至完全溶解，配制成质量分数为8%的OKGM水溶液，在冰水浴条件下向OKGM水溶液中加入0.3335 g的AAm和0.0033 g的过硫酸钾，并通氮气10 min除尽溶液中的氧气，混合均匀后，在55 ℃静置反应10 h，即得所述复合水凝胶，编号为PAAm-OKGM-8；

（3）对编号为PAAm-OKGM-8的复合水凝胶进行SEM测试，具体测试结果如图2所示。图2是本实施例中制备出的复合水凝胶不同放大倍数的SEM图片，从图中可以看出凝胶内部形成稳定的三维网络多孔结构，孔壁光滑且较厚，呈现类似骨架结构，这归因于OKGM的醛基与AAm上的氨基发生席夫碱反应，形成的互穿网络结构，OKGM的羟基与PAAm的-OCNH₂之间的氢键相互作用进一步增强并稳定了凝胶的网络结构。

实施例5-PAAm-OKGM-10水凝胶的制备

（1）氧化魔芋葡甘聚糖（OKGM）的制备同实施例1；

（2）称取0.3001 g步骤（1）制得的OKGM溶于2.6998 g去离子水中，40 ℃下加热并磁力搅拌至完全溶解，配制成质量分数为10%的OKGM水溶液，在冰水浴条件下向OKGM水溶液中加入0.333 5g的AAm和0.0033 g的过硫酸钾，并通氮气10 min除尽溶液中的氧气，混合均匀后，在55 ℃静置反应10 h，即得所述复合水凝胶，编号为PAAm-OKGM-10。

实施例6-PAAm-OKGM-12水凝胶的制备

（1）氧化魔芋葡甘聚糖（OKGM）的制备同实施例1；

（2）称取0.3603 g步骤（1）制得的OKGM溶于2.6401 g去离子水中，40 ℃下加热并磁力搅拌至完全溶解，配制成质量分数为12%的OKGM水溶液，在冰水浴条件下向OKGM水溶液中加入0.3335 g的AAm和0.0033 g的过硫酸钾，并通氮气10 min除尽溶液中的氧气，混合均匀后，在55 ℃静置反应10 h，即得所述复合水凝胶，编号为PAAm-OKGM-12。

实施例7-实施例1-6制备出的复合水凝胶的流变性能的测试

对实施例1-6制备出的复合水凝胶的流变性能进行进行测试，具体测试结果如图3所示，流变性能测试主要是为了探讨不同OKGM用量对复合水凝胶的流变性能的影响。图3（a）是复合水凝胶的储能模量G'随扫描应变的变化曲线，从图中可以看出储能模量G' 在小应变范围内基本为定值，随着扫描应变的增大G' 值开始出现减小的趋势，而储能模量G' 出现下降对应的应变值为临界应变，其表征线性粘弹区域的范围，在此区间凝胶内部结构稳定。从图3（a）中可以看出随着OKGM含量的增加，凝胶的临界应变值先增大后减小，OKGM含量为10% 时凝胶的线性粘弹区最长，表明编号为PAAm-OKGM-10的凝胶承受应变破坏的能力较强，在大应变下凝胶结构不易遭到破坏；

图3（b）是复合水凝胶的损耗模量 G"随扫描应变的变化曲线，从图中可以看出当OKGM含量由2% 增到10% 时，G"逐渐增大，OKGM为10%时，G"达到最大值，当OKGM大于10%时，G"值下降。在所有测试频率下，水凝胶的储能模量值(G')均高于损耗模量值(G'')，表明水凝胶中的弹性特性占主导地位。

图3（c）是复合水凝胶的损耗因子tan δ随扫描应变的变化曲线，从图中可以看出当OKGM含量由2% 增到10% 时，tan δ值从0.57减小到0.26，表明凝胶内部交联密度增大，形成了越来越致密的三维孔洞结构；

图3（d）是应变为1% 时，G'、tan δ 随OKGM含量的变化曲线。凝胶的流变参数直接反映了凝胶的黏弹性行为，储能模量（G'）表示材料的弹性特性，损耗模量（G''）表示材料的黏性特性，损耗因子（tan δ）为损耗模量（G''）与储能模量（G'）的比值。从结合图3（a）-3（d）可以看出，当固定AAm的含量为10%，OKGM含量在2%和10%之间变动时，随着OKGM含量的增加，凝胶的储能模量G'或损耗模量G"先增大后减小，损耗因子tan δ则先减小后增大，在OKGM为10%时储能模量最大达到6390 Pa，tan δ值则降到最小，为0.26。这主要因为随着OKGM含量增大，醛基含量逐步增加，和AAm中的酰氨基发生席夫碱反应的醛基数量逐渐变多，形成凝胶网络结构的交联点数目越来越多，导致凝胶的弹性特性越来越强，因此储能模量G'增大，凝胶的损耗模量G''也具有同样的变化趋势，但tan δ逐渐减小。但当OKGM超过10%以后，参与席夫碱反应的醛基和氨基达到了饱和，加大OKGM的含量反而降低了分子链间的交联点密度，出现凝胶的储能模量G'和损耗模量G''降低，损耗因子tan δ升高的现象。

实施例8-对实施例4制备的复合水凝胶储能模量G' 和损耗模量G''测试

图4是实施例4制备出的复合水凝胶（编号PAAm-OKGM-8）在1%（小于临界应变）的小应变和200%（高于临界应变）的大应变下交替扫描200 s三次的储能模量G' 和损耗模量G'' 变化图，以研究凝胶的弹性响应性和自愈合性能。在1% 应变下凝胶结构稳定，200% 的大应变下氢键和席夫碱键容易断裂，网络结构变得松散，导致G' 迅速降低，当又施加1% 应变时凝胶的G' 迅速恢复到初始值，说明水凝胶大应变下内部网络结构遭到破坏，但可以迅速重组内部结构，形成新的氢键和席夫碱键恢复网络结构，表明OKGM/PAAm凝胶具有快速、高效的自我修复能力。

实施例9-对复合水凝胶的愈合性能进行测试

对实施例2-5制备出的复合水凝胶的愈合性能进行测试，具体测试方法如下：

将新鲜制备的不同复合水凝胶用刀片切成两半，为了明显的观察凝胶的自愈合现象，其中一半凝胶用罗丹明染色，然后将两半凝胶沿断面位置接触，25 ºC条件下放置在密封袋中12 h，拍摄数码照片观察凝胶的愈合能力。

图5是实施例2-5制备出的复合水凝胶的愈合性能的结果图，是继阶跃流变测试后进一步评价复合水凝胶自愈合能力的一种直观的方法。其中，图5（a）、5（b）、5（c）、5（d）分别是实施例2、实施例3、实施例4、实施例5制得的复合水凝胶的愈合性能的测试结果图，从图中可以看出将新鲜制备的凝胶一半用罗丹明染成红色，水凝胶首次接触时可以清晰地观察到两块凝胶之间的界限，在无外界条件影响的情况下愈合12 h后，两块凝胶之间的边界消失，表明两块凝胶已经愈合。对愈合后的凝胶进行拉伸，可以看到随着体系中OKGM用量的增加（至4%以后），凝胶的自愈合能力才逐渐增大。但OKGM含量过大时（大于等于10%），反而不利于自愈合，这是由于OKGM含量过高时，醛基达到过饱和，同时体系比较粘稠，不利于醛基和氨基发生席夫碱反应，导致愈合能力下降。因此，当OKGM含量为4%-8%时，制得的复合水凝胶的自愈合性能较好。

实施例10-对复合水凝胶粘附性的测试

图6是实施例3制得的复合水凝胶（编号为PAAm-OKGM-6）粘附不同材料的实验现象图，材料依次为丁腈手套、塑料离心管、木头、金属、玻璃、硬币、橡胶、猪肉，从图中可以看出，编号为PAAm-OKGM-6的复合水凝胶对丁腈手套、塑料、木头、金属、玻璃、硬币、橡胶及猪肉均表现出良好的粘附性能。

图7是实施例3制得的复合水凝胶（编号为PAAm-OKGM-6）粘附皮肤的实验现象图，从图中可以看出，编号为PAAm-OKGM-6的复合水凝胶可以粘附在手指上不会脱落，且对皮肤没有刺激及炎症反应，当拉伸时水凝胶仍可以牢固地粘附在手指上，并随手指移动可以拉伸至原来的近4倍，表明其对皮肤具有优异的粘附性。该凝胶材料在组织工程、伤口敷料及粘合剂等领域具有可观的应用前景。

图8是实施例3制得的复合水凝胶（编号为PAAm-OKGM-6）对铝、橡胶及玻璃的粘附强度测试结果图，其粘附性能是通过万能试验机在室温下进行测试的，从图中可以看出，PAAm-OKGM-6复合水凝胶对铝、橡胶及玻璃均具有较强的粘附能力，粘附强度在40.52 ±1.52 kPa至46.69 ± 2.33 kPa之间变化，表明凝胶具有作为粘合剂的潜在应用价值。凝胶的对不同材料的粘附特性可能与席夫碱反应形成的化学键交联有关，此外由于羟基及氨基的存在，凝胶与不同的基底材料间可能发生静电作用和氢键相互作用，有益于增强凝胶的粘附能力。

需着重说明的是，关于复合水凝胶粘附性能测试中编号为PAAm-OKGM-6的复合水凝胶不具有特殊性，只是采用编号为PAAm-OKGM-6的复合水凝胶粘附性能图片对其粘附性能进行一个说明，在考察粘附性是对实施例1-6均进行了探索，发现当OKGM水溶液的质量分数在2%-12%之间对丁腈手套、塑料离心管、木头、金属、玻璃、硬币、橡胶、猪肉、皮肤、铝、橡胶及玻璃均具有良好的粘附性能，尤其是当OKGM水溶液的质量分数在4%-8%之间时粘附性能更好。

实施例11-细胞毒性的测试

对实施例2-5制得的复合水凝胶进行细胞毒性的测试，测试方法如下：

细胞毒性测试方法：

（1）取0.5 g的复合水凝胶样品，紫外消毒灭菌12 h，以DMEM培养基为浸提液，每0.5 g材料加5 mL DMEM（dulbecco's modified eagle medium）培养液，在无菌条件下，浸泡24h，制备浸提液；

（2）细胞种板：将对数生长期细胞（L929细胞）用胰蛋白酶消化，配制成细胞悬液，按3000-5000细胞每孔接种于96孔板，每孔加100 μL，并加入100 μL培养液置于CO₂（5%）培养箱中37 ºC下培养过夜贴壁，边缘孔用无菌PBS填充。倒出培养液，然后加入100 μL不同样品的浸提液，每组样品做6孔平行实验，培养时间为24 h；

（3）MTT反应：所有孔中分别加入20 μL MTT溶液（5 mg/mL，即0.5% MTT），37 ºC培养箱中孵育4小时；

（4）DMSO溶解甲臜：小心的吸除上清液，每孔加DMSO（二甲基亚砜）150 μL，在摇床低速（120~140 rpm/min）震荡10 min使结晶物充分溶解；

（5）测吸光度值：使用酶标仪测定490 nm光吸收值，按公式计算药物对细胞的抑制率；

实验组：实验组细胞DMSO溶解的吸光度值；

阴性对照：对照组细胞DMSO溶解的吸光度值；

空白对照：DMSO溶液的吸光度值(没加细胞)；

增殖率＝（实验组-空白对照）/（阴性对照-空白对照）×100%；

抑制率＝100-（实验组- 空白对照）/（阴性对照-空白对照)×100%；

具体测试结果如图9所示，从图中可以看出不同样品培养24 h后，细胞的增值率均在90% 以上，表明所有复合水凝胶样品对小鼠L929细胞均无明显的细胞毒性。随着OKGM含量的增大，各组之间细胞增殖率出现降低趋势。OKGM用量低于10% 时，细胞增值率均在100%以上，OKGM/PAAm复合水凝胶对细胞生长有促进作用。上述结果可以证明复合水凝胶无细胞毒性，具有优异的细胞相容性，OKGM低浓度时OKGM/PAAm复合水凝胶可以促进小鼠L929细胞的增殖。

实施例12

（1）氧化魔芋葡甘聚糖（OKGM）的制备同实施例1；

（2）称取0.1802 g步骤（1）制得的OKGM溶于2.8201 g去离子水中，44 ℃下加热并磁力搅拌至完全溶解，配制成质量分数为6%的OKGM水溶液，在冰水浴条件下向OKGM水溶液中加入0.2968 g的AAm和0.0010 g的过硫酸铵，并通氦气10min除尽溶液中的氧气，混合均匀后，在50 ℃静置反应12 h，即得所述复合水凝胶。

采用本实施例制得的复合水凝胶的黏弹性好，粘附性强，其粘附强度可达45.2kPa，且具有较好的自愈合性能。

实施例13

（1）氧化魔芋葡甘聚糖（OKGM）的制备同实施例1；

（2）称取0.2401 g步骤（1）制得的OKGM溶于2.7598 g去离子水中，42 ℃下加热并磁力搅拌至完全溶解，配制成质量分数为8%的OKGM水溶液，在冰水浴条件下向OKGM水溶液中加入0.3708 g的AAm和0.0019 g的过硫酸钾，并通氮气10min除尽溶液中的氧气，混合均匀后，在60 ℃静置反应8 h，即得所述复合水凝胶。

采用本实施例制得的复合水凝胶的黏弹性好，粘附性强，其粘附强度可达45.9kPa，且具有较好的自愈合性能。

实施例14

（1）氧化魔芋葡甘聚糖（OKGM）的制备同实施例1；

（2）称取0.1203 g步骤（1）制得的OKGM溶于2.8801 g去离子水中，44 ℃下加热并磁力搅拌至完全溶解，配制成质量分数为4%的OKGM水溶液，在冰水浴条件下向OKGM水溶液中加入0.31495 g的AAm和0.0031 g的过硫酸钾，并通氮气10 min除尽溶液中的氧气，混合均匀后，在58 ℃静置反应10 h，即得所述复合水凝胶。

采用本实施例制得的复合水凝胶的黏弹性好，粘附性强，其粘附强度可达44.9kPa，且具有较好的自愈合性能。

对比例1

（1）氧化魔芋葡甘聚糖（OKGM）的制备同实施例1；

（2）称取0.1801 g步骤（1）制得的OKGM溶于2.8199 g去离子水中，40 ℃下加热并磁力搅拌至完全溶解，配制成质量分数为6%的OKGM水溶液，在冰水浴条件下向OKGM水溶液中加入0.2601g的AAm和0.0026 g的过硫酸钾，并通氮气10 min除尽溶液中的氧气，混合均匀后，在55 ℃静置反应10 h，即得复合水凝胶，编号为PAAm-OKGM-6-1。

此对比例与实施例3相比，加入的AAm的量与实施例3的不同，实施例3中加入的AAm的用量为凝胶前驱体质量的10%，而本对比例中AAm的用量为凝胶前驱体质量的8%，所得的编号为PAAm-OKGM-6-1水凝胶的不成型。这主要是因为OKGM的醛基与AAm的氨基发生席夫碱反应时，OKGM主要起到交联AAm经自由基聚合形成的聚丙烯酰胺链的作用，AAm含量少时，聚合而成的大分子链短，不易形成结构稳定的凝胶。

对比例2

（1）氧化魔芋葡甘聚糖（OKGM）的制备同实施例1；

（2）称取0.1801 g步骤（1）制得的OKGM溶于2.8199 g去离子水中，40 ℃下加热并磁力搅拌至完全溶解，配制成质量分数为6%的OKGM水溶液，在冰水浴条件下向OKGM水溶液中加入0.5294 g的AAm和0.0053 g的过硫酸钾，并通氮气10 min除尽溶液中的氧气，混合均匀后，在55 ℃静置反应10 h，即得复合水凝胶，编号为PAAm-OKGM-6-2。

此对比例与实施例3相比，加入的AAm的量与实施例3的不同，实施例3中加入的AAm的用量为凝胶前驱体质量的10%，而本对比例中AAm的用量为凝胶前驱体质量的15%，所得的编号为PAAm-OKGM-6-2水凝胶没有粘附性和自愈合性能。

对比例3

一种魔芋葡甘聚糖复合水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

称取0.0451 g步骤（1）制得的魔芋葡甘聚糖（KGM）溶于2.9550 g去离子水中，40 ℃下加热并磁力搅拌至完全溶解，配制成质量分数为1.5%的KGM水溶液，在冰水浴条件下向KGM水溶液中加入0.3336 g的AAm、0.0034 g的过硫酸钾和0.0002 g的MBA（交联剂，N,N-二甲基双丙烯酰胺），并通氮气10 min除尽溶液中的氧气，混合均匀后，在55 ℃静置反应10 h，即得所述复合水凝胶，编号为PAAm-KGM-1.5。

此对比例采用的是魔芋葡甘聚糖进行制备的复合水凝胶，在实验时发现，采用KGM与AAm反应制备水凝胶时，必须添加交联剂以后才能形成凝胶，制备出的编号为PAAm-KGM-1.5的复合水凝胶不具备粘附性和自愈合性能，这主要是因为KGM中未含有醛基，不能与AAm上的氨基发生席夫碱反应，并不能形成互穿网络结构，所以不具备粘附性和自愈合性能。而且KGM以2%的质量分数在水中溶解时就黏度特别大，溶解困难。

采用本发明提供的制备方法制备出的氧化魔芋葡甘聚糖复合水凝胶，选用来源广泛、价格低廉、环境友好的天然多糖魔芋葡甘聚糖及高分子单体丙烯酰胺为原料制备工艺绿色环保，凝胶性能优异，对多种材料表面有粘附的性质，其中对铝、橡胶及玻璃的粘附强度可达40.52 ± 1.52 kPa至46.69 ± 2.33 kPa，表明凝胶具有良好的粘附能力，同时凝胶具有自愈合能力及良好的生物相容性，可作为粘合剂应用在医疗、工业等领域。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。

Claims

1.一种基于席夫碱反应的氧化魔芋葡甘聚糖复合水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）配制氧化魔芋葡甘聚糖水溶液；

（2）在冰水浴条件下向步骤（1）中配制的氧化魔芋葡甘聚糖水溶液中加入丙烯酰胺和引发剂，并通惰性气体或氮气排除溶液中的氧气，混合均匀，得凝胶前驱体，将凝胶前驱体静置反应，即得所述复合水凝胶。

2.根据权利要求1所述的基于席夫碱反应的氧化魔芋葡甘聚糖复合水凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中丙烯酰胺的用量是凝胶前驱体质量的9%-11%。

3.根据权利要求2所述的基于席夫碱反应的氧化魔芋葡甘聚糖复合水凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中氧化魔芋葡甘聚糖水溶液的质量分数为2%-12%。

4.根据权利要求3所述的基于席夫碱反应的氧化魔芋葡甘聚糖复合水凝胶的制备方法，其特征在于，所述氧化魔芋葡甘聚糖水溶液的质量分数为4%-8%。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的基于席夫碱反应的氧化魔芋葡甘聚糖复合水凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中引发剂为过硫酸钾或过硫酸铵。

6.根据权利要求1-4任意一项所述的基于席夫碱反应的氧化魔芋葡甘聚糖复合水凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中引发剂的用量是丙烯酰胺质量的3‰-1%。

7.根据权利要求1-4任意一项所述的基于席夫碱反应的氧化魔芋葡甘聚糖复合水凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中静置反应的温度为50-60 ℃，时间为8-12 h。

8.一种氧化魔芋葡甘聚糖复合水凝胶，其特征在于，所述氧化魔芋葡甘聚糖复合水凝胶采用如权利要求1-7任意一项方法制成。

9.根据权利要求8所述的氧化魔芋葡甘聚糖复合水凝胶，其特征在于，所述氧化魔芋葡甘聚糖复合水凝胶具有自愈合性、粘附性和生物相容性。

10.根据权利要求8或9所述的氧化魔芋葡甘聚糖复合水凝胶在制备生物医用材料和粘合剂中的应用。