摘要:本發(fā)明涉及水凝膠技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及抗溶脹表層復合水凝膠、制備方法及其應(yīng)用，通過在水凝膠表層形成聚電解質(zhì)層，以實現(xiàn)對水凝膠溶脹行為的有效控制。該聚電解質(zhì)層通過滲透到水凝膠表面，能夠有效減緩水凝膠的溶脹速率，減少由溶脹引起的界面張力，從而改善水凝膠在基底上的粘附性和機械穩(wěn)定性。此技術(shù)適用于多種基底材料，尤其是在需要控制水凝膠溶脹特性和提高界面附著力的醫(yī)療和工程應(yīng)用中。通過該技術(shù)，可以顯著提高水凝膠的功能性和應(yīng)用性能，尤其在生物醫(yī)用材料領(lǐng)域具有重要應(yīng)用前景。

水凝膠是一類具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的親水性高分子材料，廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、環(huán)境、食品和工業(yè)領(lǐng)域。在生物醫(yī)用領(lǐng)域，水凝膠通常被用作藥物傳遞系統(tǒng)、創(chuàng)傷敷料等。然而，由于水凝膠具有較高的溶脹性，它在體內(nèi)或濕潤環(huán)境中可能會過度溶脹，導致機械性能下降，甚至影響與基底的粘附性，產(chǎn)生不利的生物反應(yīng)。因此，如何有效控制水凝膠的溶脹行為，減緩其溶脹速率，避免由溶脹引起的界面張力，是水凝膠材料在生物醫(yī)用領(lǐng)域應(yīng)用中的一個關(guān)鍵技術(shù)難題。

目前，一些研究嘗試通過改變水凝膠的交聯(lián)度或在水凝膠中加入不同的填料來調(diào)節(jié)其溶脹性能。然而，這些方法往往難以在控制溶脹行為的同時，維持水凝膠的良好功能性和生物相容性。因此，迫切需要一種新的技術(shù)手段，既能有效控制水凝膠的溶脹，又能確保其在應(yīng)用過程中的穩(wěn)定性和功能。

目前，關(guān)于抗溶脹水凝膠的研究中，已有一些技術(shù)方案試圖解決上述問題，但仍存在一定的局限性。

中國發(fā)明專利申請CN202011427315.6公開一種高強度多層級水凝膠及其制備方法和應(yīng)用。聚電解質(zhì)溶液中加入第一強酸溶液或第一金屬離子溶液后，進行冷凍，得水凝膠；將所得水凝膠解凍后，浸泡至第二強酸溶液或第二金屬離子溶液中，清洗，得所述水凝膠。雖然這種水凝膠在機械性能有所突破，但過程中涉及浸泡強酸溶液，會刺激生物組織表面，不宜使用在人體皮膚。

中國發(fā)明專利申請CN202110814384.0公開一種具有超強基底粘附性能的聚電解質(zhì)水凝膠涂層及其制備方法。該方案采用混合聚陽離子聚合物、聚合單體、硅氧烷交聯(lián)劑以及引發(fā)劑得到預(yù)聚物溶液，抽真空除去氣泡后涂覆到氧等離子體活化的基底表面，氮氣或稀有氣體氣氛下原位聚合，固化形成水凝膠涂層。該復合涂層能夠廣泛應(yīng)用醫(yī)療器械，提高強力粘附，涂層能夠與醫(yī)療器械表面結(jié)合牢固。然而，該方案的缺陷在液體環(huán)境中水凝膠無法控制溶脹，整體機械性能下降，無法保證粘附穩(wěn)定性。

鑒于上述缺陷，本發(fā)明創(chuàng)作者經(jīng)過長時間的研究和實踐終于獲得了本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于解決如何有效控制水凝膠的溶脹行為，減緩其溶脹速率，避免由溶脹引起的界面張力的問題，提供了抗溶脹表層復合水凝膠、制備方法及其應(yīng)用。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明公開了抗溶脹表層復合水凝膠，包括基底材料、水凝膠層、聚電解質(zhì)層，所述水凝膠層設(shè)于所述基底材料上，所述聚電解質(zhì)層覆蓋在所述水凝膠層表面。

所述聚電解質(zhì)層的材料為聚丙烯酸、聚乙烯醇、聚氨基酸、聚乙烯亞胺及其衍生物中的任意一種或多種組合。

所述聚電解質(zhì)層的厚度為1 nm~500μm。

所述基底材料為生物相容性材料，為金屬、陶瓷、聚合物、天然材料及其復合材料中的任意一種或多種組合。

所述水凝膠層為聚丙烯酰胺基水凝膠、聚（丙烯酸）基水凝膠、聚（N,N-二甲基丙烯酰胺）基水凝膠中的任意一種或多種組合。

本發(fā)明還公開了上述抗溶脹表層復合水凝膠，包括以下步驟：

S1，對所選的基底材料進行表面處理，確保水凝膠層能夠均勻結(jié)合于基底材料上；

S2，將所選的水凝膠前體、助劑和溶劑混合后，得到水凝膠前體溶液，通過溶液聚合或其他交聯(lián)方法，在基底材料上形成水凝膠層；

S3，將聚電解質(zhì)溶液滲透至水凝膠層表面，形成聚電解質(zhì)層；

S4，對聚電解質(zhì)層進行固化處理，控制水凝膠的溶脹行為。

所述步驟S3中，滲透方式為浸泡、噴涂或涂覆中的任意一種，所述浸泡時間為2~12h。

所述步驟S4中，固化方式為化學交聯(lián)、熱處理或光固化中的任意一種；所述化學交聯(lián)的交聯(lián)劑的濃度為1%~80%，交聯(lián)反應(yīng)時間為10 min~24 h；所述熱處理的溫度為40℃~150℃，時間為5 min~100 min。

本發(fā)明還公開了上述抗溶脹表層復合水凝膠在醫(yī)療敷料、創(chuàng)傷修復中的應(yīng)用。

本發(fā)明還公開了上述抗溶脹表層復合水凝膠在藥物釋放系統(tǒng)、生物醫(yī)學傳感器中的應(yīng)用。

聚電解質(zhì)與水凝膠表面形成致密的離子交聯(lián)表面層，通過半透性屏障的形成等機制調(diào)節(jié)水凝膠溶脹，這種機制限制了水的流入并降低了滲透壓。這種抗溶脹機制使水凝膠在濕態(tài)環(huán)境中使用時，不會對傷口產(chǎn)生過大的壓力，從而能夠穩(wěn)定地粘附在傷口上，提供有效的保護。

本發(fā)明中的這種表層復合水凝膠溶脹控制材料，該材料中，包含了基底材料、結(jié)合在基底材料上的水凝膠層以及通過聚電解質(zhì)層控制溶脹的聚電解質(zhì)層。基底材料提供了良好的機械支撐，水凝膠層作為高含水的功能模塊，在控制溶脹的同時保持其高度的親水性與生物相容性，而聚電解質(zhì)層則作為一個界面調(diào)控層，有效地減緩了水凝膠的溶脹速率，降低了由溶脹引起的界面張力。通過這種結(jié)構(gòu)設(shè)計，本發(fā)明的水凝膠溶脹控制材料能夠在濕潤環(huán)境中保持較好的機械穩(wěn)定性和功能性，避免了傳統(tǒng)水凝膠在生物醫(yī)用應(yīng)用中的溶脹過度問題。

與現(xiàn)有技術(shù)比較本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明通過在水凝膠表面形成聚電解質(zhì)層，有效控制水凝膠的溶脹行為，避免因溶脹引起的機械性能下降和界面張力問題；聚電解質(zhì)層的形成不干擾水凝膠的基本組成，能夠保持水凝膠的生物相容性和功能性；該方法簡單易行，且具有較好的可控性，適用于大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用。