基于抑制效应的超滑双网络水凝胶及其制备方法和应用

本申请涉及高分子材料，尤其涉及一种基于抑制效应的超滑双网络水凝胶及其制备方法和应用。

背景技术：

1、水凝胶是由含有大量水的交联聚合物网络组成的柔软材料，广泛应用于生物医学、软体机器人和农业等领域。当水凝胶与其他材料表面发生相互运动时，优良的润滑性能是至关重要的，这种润滑特性在一些领域具有独特的优势，最典型的是人工关节软骨。随着人口老龄化和肥胖率的上升，骨关节炎已成为日益严重的全球性健康问题，用于治疗重度关节炎的人工关节置换术愈发频繁，因此水凝胶作为人工关节软骨的优秀候选材料就变得更加重要，在实际应用中润滑性能也就成为水凝胶的核心之一。

2、目前已经发展了多种方法来提升水凝胶的润滑性能，比如基于脂质体形成的边界层来降低摩擦系数(cn115569235b，一种基于脂质润滑的水凝胶的制备方法)；利用含有润滑特性的功能分子形成润滑层来实现持久润滑(cn116854940a，一种持久润滑水凝胶及其制备方法)。这些方法降低了水凝胶的摩擦系数，但是水凝胶的摩擦系数绝对值相比于天然的关节软骨仍然有较大的差距，并且摩擦实验时间非常短。

3、因此，如何有效的降低水凝胶的摩擦系数，对于水凝胶的润滑性能提升具有重要意义。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请旨在提供一种基于抑制效应的超滑双网络水凝胶的制备方法，在水凝胶的制备过程中采用对氧气有至少部分隔绝作用的模具并进行两次紫外照射，利用氧气的抑制效应可降低水凝胶的摩擦系数，提升水凝胶的润滑性能。

2、本申请的另一个目的在于提供一种基于抑制效应的超滑双网络水凝胶。

3、本申请的又一个目的在于提供基于抑制效应的超滑双网络水凝胶的应用。

4、为实现上述目的，本申请的第一方面提出了一种基于抑制效应的超滑双网络水凝胶的制备方法，包括：

5、将第一前驱体溶液于第一模具中进行第一紫外照射，得到第一层网络水凝胶；

6、将所述第一层网络水凝胶于第二前驱体溶液中进行第一溶胀，得到中间体；

7、将中间体于第二模具中进行第二紫外照射，得到第二层网络水凝胶；

8、所述第一模具和第二模具均为具有至少部分隔绝氧气功能的模具。

9、在一些实施方式中，所述第一模具和所述第二模具的材质均包括玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯中的至少一种。

10、在一些实施方式中，所述第一前驱体溶液包括第一单体、第一交联剂、第一光引发剂。

11、在一些实施方式中，所述第二前驱体溶液包括第二单体、第二交联剂和第二光引发剂。

12、在一些实施方式中，所述第一模具的材质为具有完全隔绝氧气的功能的材料，所述第二模具的材质为允许氧气通过的材料。

13、优选的，所述第一模具的材质为玻璃，所述第二模具的材质为聚甲基丙烯酸甲酯。

14、在一些实施方式中，所述第一单体包括丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、甲基丙烯酰胺、丙烯酸钠、甲基丙烯酸-2-羟基乙酯中的至少一种。

15、在一些实施方式中，所述第一交联剂和第二交联剂均包括n,n’-亚甲基双丙烯酰胺、二甲基丙烯酸乙二醇酯中的至少一种。

16、在一些实施方式中，所述第一光引发剂和第二光引发剂均包括苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)磷酸锂盐、光引发剂2959中的至少一种。

17、在一些实施方式中，所述第一单体、第一交联剂、第一光引发剂的质量比为(15-22)：(0.1-1)：(0.01-0.03)。

18、在一些实施方式中，所述第二单体包括丙烯酸、甲基丙烯酸中的至少一种。

19、在一些实施方式中，所述第二单体、第二交联剂、第二光引发剂的质量比为(10-14)：(0.05-0.2)：(0.01-0.03)。

20、在一些实施方式中，所述第一模具的材质为具有完全隔绝氧气的功能的材料，所述第二模具的材质为具有至少部分隔绝氧气功能的材料。

21、在一些实施方式中，所述第一模具和所述第二模具的材质均为玻璃。

22、在一些实施方式中，所述第二前驱体溶液或者所述第二前驱体溶液和所述第一前驱体溶液中含有三价铁离子。

23、在一些实施方式中，所述三价铁离子在所述第二前驱体溶液或者所述第二前驱体溶液和所述第一前驱体溶液中的浓度为0.001-0.9mmol/l。

24、在一些实施方式中，所述第一紫外照射和所述第二紫外照射中，紫外线的波长均为350-370nm，紫外线照射的时间均为1-5h。

25、在一些实施方式中，所述基于抑制效应的超滑双网络水凝胶的制备方法，还包括将所述第二紫外照射后得到的中间产品于纯水中进行第二溶胀的步骤。

26、在一些实施方式中，所述第一溶胀的时间为40-56h。

27、在一些实施方式中，所述第二溶胀的时间为40-56h。

28、在一些实施方式中，将所述第二紫外照射后得到的中间产品于纯水中进行第二溶胀的过程中，每经过10-12h更换一次纯水。

29、本申请的第二方面提出了一种基于抑制效应的超滑双网络水凝胶，采用本申请所述的基于抑制效应的超滑双网络水凝胶的制备方法制备。

30、在一些实施方式中，所述基于抑制效应的超滑双网络水凝胶，包括所述第一层网络水凝胶和第二层网络水凝胶，所述第二网络水凝胶包覆在所述第一层网络水凝胶的至少部分外表层。

31、在一些实施方式中，所述基于抑制效应的超滑双网络水凝胶的摩擦系数为0.00383-0.01。

32、本申请的第三方面涉及本申请所述的基于抑制效应的超滑双网络水凝胶在软骨修复领域、软体机器人领域、医疗器械表面润滑领域等领域中的应用。

33、本申请所述的基于抑制效应的超滑双网络水凝胶的制备方法，至少可以带来以下有益效果：

34、1、在水凝胶的制备过程中采用对氧气有至少部分隔绝作用的模具并进行两次紫外照射，利用氧气的抑制效应可降低水凝胶的摩擦系数，提升水凝胶的润滑性能。

35、2、在第二水凝胶中引入抑制剂三价铁离子，使其参与水凝胶的聚合反应，作用于第二引发剂产生的自由基，同时使用具有隔绝氧气功能的第一模具、具有至少部分隔绝氧气功能的第二模具，可实现较好的抑制效应，从而显著降低了水凝胶的摩擦系数，使其最低可达到0.00383，即使经过6个小时的持续摩擦水凝胶的摩擦系数仍然保持在0.0072。

36、本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

技术特征：

1.一种基于抑制效应的超滑双网络水凝胶的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一模具和所述第二模具的材质均包括玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一前驱体溶液包括第一单体、第一交联剂、第一光引发剂；

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一单体包括丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、甲基丙烯酰胺、丙烯酸钠、甲基丙烯酸-2-羟基乙酯中的至少一种；

5.根据权利要求1至4任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述第一模具的材质为具有完全隔绝氧气的功能的材料，所述第二模具的材质为具有至少部分隔绝氧气功能的材料。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述第一模具和所述第二模具的材质均为玻璃；

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一紫外照射和所述第二紫外照射中，紫外线的波长均为350-370nm，紫外线照射的时间均为1-5h；

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述第二溶胀的时间为40-56h；

9.一种基于抑制效应的超滑双网络水凝胶，其特征在于，采用如权利要求1至8任意一项所述的制备方法制备；

10.如权利要求9所述的基于抑制效应的超滑双网络水凝胶在软骨修复领域、软体机器人领域、医疗器械表面润滑领域中的应用。

技术总结本申请公开了一种基于抑制效应的超滑双网络水凝胶及其制备方法和应用，其中基于抑制效应的超滑双网络水凝胶的制备方法，包括：将第一前驱体溶液于第一模具中进行第一紫外照射，得到第一层网络水凝胶；将所述第一层网络水凝胶于第二前驱体溶液中进行第一溶胀，得到中间体；将中间体于第二模具中进行第二紫外照射，得到第二层网络水凝胶；所述第一模具和第二模具均为具有至少部分隔绝氧气功能的模具。本申请的基于抑制效应的超滑双网络水凝胶制备方法，在水凝胶的制备过程中采用对氧气有至少部分隔绝作用的模具并进行两次紫外照射，利用氧气的抑制效应可降低水凝胶的摩擦系数，提升水凝胶的润滑性能。技术研发人员：刘宇宏,王军宇,许焱受保护的技术使用者：清华大学技术研发日：技术公布日：2024/6/18