一种机械连锁式拓扑结构水凝胶材料及其制备方法与流程

1.本发明涉及生物材料技术领域，尤其涉及一种机械连锁式拓扑结构水凝胶材料及其制备方法。


背景技术：

2.水凝胶是一种能在水中溶胀、吸收并保持大量水且又不溶解于水的三维网状亲水性高分子聚合物，其性质柔软，是一种类似于生命组织的高分子材料，还具有良好的生物相容性、生物降解性等，在生物医药领域应用广泛，如药物释放、医用敷料、牙龈组织再生、骨修复等，是未来最具潜力的医用材料之一。
3.辐射方法合成的水凝胶产物纯净具有环境友好、工艺便捷、控制精确以及无毒副作用等优点，而且辐照交联使用聚合物作为原料，产品中无小分子单体、引发剂残留，相较于其他合成方法，显著提高了产品的生物相容性。因此，辐射法制备水凝胶已广泛应用于生物医用领域。但常规的辐射法制备的水凝胶因缺乏有效的能量损耗机制，一般机械强度和韧性较差，无法在高强度环境使用，容易断裂且操作不便利。因此，提供一种有效提高水凝胶材料强度、韧性和生物相容性的方法具有重要意义。


技术实现要素：

4.本发明解决的技术问题在于提供一种机械连锁式拓扑结构水凝胶的制备方法，该方法能够提高水凝胶的韧性和强度。
5.有鉴于此，本技术提供了一种机械连锁式拓扑结构水凝胶材料的制备方法，包括以下步骤：
6.a)将可辐射交联的高分子聚合物、水和增韧剂混合，得到水凝胶预聚物；
7.b)在所述水凝胶预聚物的上表面覆盖辐射屏蔽装置，得到待辐射品；所述辐射屏蔽装置为具有均匀分布的圆形通孔结构的板材；
8.c)将所述待辐射品置于电子加速器轨道，开启电子加速器进行第一次辐射交联，沿着水平方向将所述板材移动n的位移进行第二次辐射交联，再沿着垂直方向将所述板材移动n的位移进行第三次辐射交联，最后沿着水平的反方向将所述板材移动n的位移进行第四次辐射交联，得到机械连锁式拓扑结构，所述n的取值范围为四次辐射交联，得到机械连锁式拓扑结构，所述n的取值范围为r为圆形通孔的半径，d为相邻圆形通孔的间隔距离。
9.优选的，所述d为r的0.25～0.5倍，所述r为0.5～5mm；所述板材为不锈钢板材。
10.优选的，所述n的范围为r+0.5d。
11.优选的，所述高分子聚合物选自聚乙烯醇、聚氧化乙烯和聚丙烯酸钠，所述增韧剂为聚乙二醇。
12.优选的，以所述高分子聚合物、所述水和所述增韧剂的总质量为基础，所述聚乙烯醇的含量为10～15wt％，所述聚氧化乙烯的含量为0.5～2wt％，所述聚丙烯酸钠的含量为0.5～2wt％，所述增韧剂的含量为2～5wt％。
13.优选的，所述混合之后还包括水浴加热搅拌，所述水浴加热的温度为90～95℃，搅拌速度为200～800rpm。
14.优选的，所述第一次辐照交联、第二次辐照交联、第三次辐照交联和第四次辐照交联的辐照参数相同，电子加速器为0.5～10mev，辐射剂量为1～15kgy。
15.本技术还提供了一种机械连锁式拓扑结构，由第一交联网络、第二交联网络、第三交联网络和第四交联网络组成，所述第一交联网络由可辐射交联的高分子聚合物和增韧剂在板材覆盖下通过辐照得到，所述第二交联网络是由第一交联网络在所述板材沿着水平方向移动n的位移下辐照得到，所述第三交联网络是由第二交联网络在所述板材沿着垂直方向移动n的位移下辐照得到，所述第四交联网络是由第三交联网络在所述板材沿着水平的反方向移动n的位移下辐照得到；所述板材为具有均匀分布的通孔结构的板材，所述n为r为圆形通孔的半径，d为相邻圆形通孔的间隔距离。
16.优选的，所述水凝胶材料具有四重交联密度的拓扑结构，所述拓扑结构包括物理交联网络和化学交联网络，所述物理交联网络以分子间氢键为作用力，所述化学交联网络以四重辐射交联的共价键为作用力。
17.优选的，所述第一交联网络的含量50～60％，所述第二交联网络的含量为35～40％，所述第三交联网络的含量为4～6％，所述第四交联网络的含量为1.5～2％。
18.本技术提供了一种机械连锁式拓扑结构水凝胶的制备方法，其以可辐射交联的高分子聚合物和增韧剂为原料，采用特定的辐射屏蔽装置，通过不同位置的辐射，即得到了机械连锁式拓扑结构水凝胶材料；本技术提供的制备方法中辐射屏蔽装置可以屏蔽电子束，使其只能通过通孔对水凝胶辐射交联，则每次辐射交联只有通孔对应的水凝胶能够接受到电子束，完成交联；进一步的通过移动辐射遮蔽装置，对水凝胶不同区域交联，得到不同重叠交联的辐照区域，各区域以环环相扣的机械连锁模式互相链接，实现了拓扑结构交联，拓扑结构中不同重叠部分的交联剂量和密度高于其他区域，最终得到四种重叠交联密度的水凝胶材料，因此，本技术制备的水凝胶材料受到外力作用时，四重拓扑结构会呈现出类弹簧拉伸与收缩，从交联一重至四重的逐级损耗外力作用的能量，提高了水凝胶的韧性和强度。
附图说明
19.图1为本发明提供的辐射屏蔽装置的平面结构示意图；
20.图2为本发明提供的机械连锁式拓扑结构水凝胶材料的结构状态示意图；其中1为一重交联，2为二重交联，3为三重交联，4为四重交联；
21.图3为本发明提供的n＝r+0.5d的最佳分布的四重交联拓扑结构示图。
具体实施方式
22.为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
23.鉴于现有技术中水凝胶材料对强度和韧性的性能需求，本技术提供了一种机械连锁式拓扑结构水凝胶材料及其制备方法，本发明采用辐射法结合特定的辐射遮蔽装置和移动方式制备了机械连锁式拓扑结构水凝胶，提高了水凝胶的强度和韧性，使其具有高生物
相容、高强度和高韧性，满足其在医疗材料领域的应用。具体的，本发明实施例公开了一种机械连锁式拓扑结构水凝胶材料的制备方法，包括以下步骤：
24.a)将可辐射交联的高分子聚合物、水和增韧剂混合，得到水凝胶预聚物；
25.b)在所述水凝胶预聚物的上表面覆盖辐射屏蔽装置，得到待辐射品；所述辐射屏蔽装置为具有均匀分布的圆形通孔结构的板材；
26.c)将所述待辐射品置于电子加速器轨道，开启电子加速器进行第一次辐射交联，沿着水平方向将所述板材移动n的位移进行第二次辐射交联，再沿着垂直方向将所述板材移动n的位移进行第三次辐射交联，最后沿着水平的反方向将所述板材移动n的位移进行第四次辐射交联，得到机械连锁式拓扑结构水凝胶材料，所述n为四次辐射交联，得到机械连锁式拓扑结构水凝胶材料，所述n为r为圆形通孔的半径，d为相邻圆形通孔的间隔距离。
27.在机械连锁式拓扑结构水凝胶材料的制备过程中，本技术首先将可辐射交联的高分子聚合物、水和增韧剂混合，得到水凝胶预聚物；在此过程中，可辐射交联的高分子聚合物为水溶性的、能够发生辐射交联的高分子聚合物即可，在本技术中，所述高分子聚合物具体选自聚乙烯醇、聚氧化乙烯和聚丙烯酸钠，三者共同作为辐射交联骨架，所述增韧剂为聚乙二醇，所述聚乙二醇的端oh基与聚乙烯醇分子链上的侧oh基形成氢键，随着二者比例的接近，氢键作用增强，生成物理交联网络，提高水凝胶的强度。以所述高分子聚合物、所述水和所述增韧剂的总质量为基础，所述聚乙烯醇的含量为10～15wt％，所述聚氧化乙烯的含量为0.5～2wt％，所述聚丙烯酸钠的含量为0.5～2wt％，所述增韧剂的含量为2～5wt％，具体的，所述聚乙烯醇的含量为12～14wt％，所述聚氧化乙烯的含量为1～1.5wt％，所述聚丙烯酸钠的含量为1～1.5wt％，所述增韧剂的含量为2.5～4wt％；所述聚乙烯醇和所述增韧剂的质量比为4:1～3:1。为了使得上述交联充分进行，所述混合之后还包括水浴加热搅拌，所述水浴加热的温度为90～95℃，所述搅拌的速度为200～800rpm。
28.按照本发明，然后在所述水凝胶预聚物的上表面覆盖辐射遮蔽装置，得到待辐射品，所述辐射遮蔽装置为具有均匀分布的通孔结构的板材；本技术所述辐射屏蔽装置需要能够部分屏蔽电子束遮蔽，即通孔结构部分不屏蔽电子束辐射，用于实现水凝胶的辐射交联。在具体实施例中，所述通孔结构为半径为r的圆孔，所述圆孔的间隔距离d为r的0.25～0.5倍，所述r为0.5～5mm；所述板材为不锈钢板材；该种辐射遮蔽装置具体如图1所示。
29.本技术然后将上述待辐射品置于电子加速器轨道开启电子加速器进行第一次辐射交联，沿着水平方向将所述板材移动n的位移进行第二次辐射交联，再沿着垂直方向将所述板材移动n的位移进行第三次辐射交联，最后沿着水平的反方向将所述板材移动n的位移进行第四次辐射交联，得到机械连锁式拓扑结构水凝胶材料，所述n为进行第四次辐射交联，得到机械连锁式拓扑结构水凝胶材料，所述n为r为圆形通孔的半径。在上述电子加速器辐照交联中，辐射遮蔽装置非通孔区域可以屏蔽电子束，电子束通过通孔对水凝胶进行辐射交联；通过第二次辐射交联前、第三次辐射交联前和第四次辐射交联前移动辐射屏蔽装置，再随后进行的电子束辐照中不同通孔区域发生交联，而得到不同重叠交联的辐照区域。本技术在第二次辐射交联前板材的移动、第三次辐射交联前板材的移动和第四次辐射交联前板材的移动均是在板材上次辐射交联后板材所处的位置开始移动，中间不发生板材的复位。
30.在所述辐射遮蔽装置采用上述具有均匀分布的圆孔不锈钢板材的基础上，所述n
的范围为最优值是r+0.5d，本技术制备的水凝胶材料的拓扑结构示意图如图2所示，可以看出移动距离n可以导致拓扑结构的变化，在n的极值为时，第三次平移的辐射区域与第一次辐射区圆孔左上部位相切；在n的极值为时，第三次平移的辐射区域与第一次辐射区圆孔右下部位相切；在相切时，3重重叠区域会面积减少；当n最优值是r+0.5d，拓扑结构是高度对称结构，四个重叠区域分布均匀，理论上凝胶的拉伸性能最佳。
31.在具体实施例中，所述n为r+0.5d的位移，最佳分布的四重交联拓扑结构示图3。在此基础上，通过移动辐射遮蔽装置，对水凝胶不同区域交联，得到不同重叠交联的辐照区域，分别是1次重叠区域、2次重叠区域、3次重叠区域和4次重叠区域，四种重叠区域以环环相扣的机械连锁模式互相链接，实现拓扑结构交联；随着重叠次数的增加，重叠区域也由边缘向中心移动，多重叠部分的交联剂量和密度高于低重叠部分，这些重叠区域互相链接最终得到类花瓣状的四种重叠交联密度的拓扑结构水凝胶。因此，当水凝胶受到外力作用时，多重拓扑结构会呈现类弹簧式拉伸与收缩，从交联1重至4重逐级损耗外力作用的能量，提高水凝胶的韧性和强度。
32.在上述辐射交联的过程中，每次的辐射参数相同，电子加速器为0.5～10mev，每次辐射剂量为1～15kgy；具体的，所述电子加速器为2～8mev，所述每次辐射剂量为3～12kgy。
33.进一步的，本技术还提供了一种机械连锁式拓扑结构水凝胶材料，由第一交联网络、第二交联网络、第三交联网络和第四交联网络组成，所述第一交联网络由可辐射交联的高分子聚合物和增韧剂在板材覆盖下通过辐照得到，所述第二交联网络是由第一交联网络在所述板材沿着水平方向移动n的位移下辐照得到，所述第三交联网络是由第二交联网络在所述板材沿着垂直方向移动n的位移下辐照得到，所述第四交联网络是由第三交联网络在所述板材沿着水平的反方向移动n的位移下辐照得到；所述板材为具有均匀分布的通孔结构的板材，所述n为r为圆形通孔的半径。
34.在本技术机械连锁式拓扑结构水凝胶材料中，所述水凝胶材料具有四重交联密度的拓扑结构，所述拓扑结构包括物理交联网络和化学交联网络，所述物理交联网络以分子间氢键为作用力，所述化学交联网络以四重辐射交联的共价键为作用力。更具体地，上述第一交联网络的含量50～60％，所述第二交联网络的含量为35～40％，所述第三交联网络的含量为4～6％，所述第四交联网络的含量为1.5～2％。
35.本发明提供了一种机械连锁式拓扑结构水凝胶的制备方法，其通过辐射遮蔽装置进行多次平移跨区域辐射交联，得到不同重叠交联的辐照区域，各区域以环环相扣的机械连锁模式互相链接，得到具有类似花瓣形状(辐射遮蔽装置为圆形通孔时)的四种重叠交联密度的拓扑结构水凝胶材料，在受到外力作用时，拓扑结构会呈现类弹簧式拉伸与收缩，从交联一重至四重逐级损耗外力作用的能量，提高水凝胶的韧性，得到高韧性的机械连锁式拓扑结构水凝胶材料。
36.进一步的，本发明通过聚乙烯醇和聚乙二醇的分子间氢键作用作为物理交联网络，四重辐射交联的共价键作为化学交联网络，制备双网络多重键合作用的互穿结构，提高水凝胶的强度；还可通过调控辐射剂量和辐射遮蔽装置的圆孔半径r及孔间距离d，对水凝胶拓扑结构进行控制，进而实现对水凝胶的强度及韧性的精准调控。
37.本发明采用辐射法制备了高韧性的机械连锁式拓扑结构水凝胶，生产过程不需要引入小分子单体、引发剂，具有良好的生物相容性，非常适用于医用高韧性水凝胶材料的制备。
38.为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的机械连锁式拓扑结构水凝胶材料及其制备方法进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
39.实施例1
40.按照下表1的原料组分比例，称量定量的聚乙烯醇、聚氧化乙烯、聚丙烯酸钠、聚乙二醇和水，通过水浴加热搅拌的方式溶解成均一透明的溶液，得到水凝胶预聚物，水浴温度为95℃，搅拌速度为800rpm；将预聚物分装入尺寸为20cm
×
20cm
×
0.3cm的托盘模具中；选用的辐射专用装置是圆孔半径为2.5mm的镂空的不锈钢板材，面积是20cm
×
20cm，圆孔间隔距离d为1mm，将其放在托盘模具上方；放入电子加速器运行轨道，开启电子加速器辐射交联，共需辐射交联4次，每次辐射参数：电子束能量为2mev，辐射剂量为5kgy，总剂量20kgy；第一次辐射交联完成后，沿着水平方向将不锈钢板移动r+0.5d＝3mm的位移，辐射交联1次，再将不锈钢板材沿垂直方向3mm的位移，辐射交联1次，最后沿水平的反方向移动3mm位移，辐射交联1次，得到水凝胶材料。
41.表1实施例1的原料组分表
[0042][0043]
将制备的水凝胶，测试拉伸性能和细胞毒性，测试方法和测试结果具体为：
[0044]
拉伸性能的测试方法如下：采用单柱桌上型电脑式剥离试验机(cree-8007b)对样品进行拉伸测试，拉伸速率为200mm/min，测试温度为室温；试样为哑铃型，总长度为75mm，端头宽度12.5mm，狭小平行部分长33mm，狭小平行部分宽4mm；测试3组平行样，计算断裂时的拉伸强度和伸长率平均值，通过应力应变曲线理论计算韧性；
[0045]
细胞毒性试验：依据《gb/t 16886.5-2003医疗器械生物学评价第5部分：体外细胞毒性试验》试验；
[0046]
表2实施例1的拉伸性能和细胞毒性测试表
[0047]
[0048][0049]
测试结果表明：实验1至实验6，水凝胶的伸长率均超过500％，韧性均大于600kj/m3，说明该水凝胶材料具有良好的韧性，同时0级的细胞毒性也表明该水凝胶具有良好生物相容性。
[0050]
对照组的实验7和实验8的测试结果与实验6对比，表明在改变原料组分的情况下，水凝胶的伸长率、强度和韧性均出现明显的下降。
[0051]
对比例1
[0052]
水凝胶的预聚物的原料组分和溶解方法与实施例1中实验6相同，将水凝胶预聚物分装入20cm
×
20cm
×
0.3cm的托盘模具中，放入电子加速器的运行轨道，但不使用辐射专用辅助装置；辐射参数与实验6相同，电子束能量为2mev，每次辐射剂量为5kgy，共辐照4次，总剂量为20kgy，测试制备的水凝胶的拉伸性能和细胞毒性，测试结果如表3所示；
[0053]
表3对比例1与实施例1中实验6的拉伸性能和细胞毒性测试表
[0054][0055]
测试结果表明：在不使用辐射专用辅助装置时，相同配比，相同累计剂量，水凝胶的伸长率、拉伸强度及韧性明显下降。
[0056]
实施例2
[0057]
通过调节不同孔径的辐射专用装置，测试其对水凝胶韧性的影响；
[0058]
水凝胶的预聚物的溶解方法和比例与实施例1中实验6相同，将水凝胶预聚物分装入20cm
×
20cm
×
0.3cm的托盘模具中，选用的不同规格的辐射交联专用辅助装置，面积是20cm
×
20cm，具体参数见表4所示，将其放在托盘模具上方，一同放入电子加速器的运行轨道，辐射交联；辐射参数是电子束能量为2mev，每次辐射剂量为5kgy，第一次辐射交联完成后，沿着水平方向将不锈钢板移动n的位移，辐射交联1次，再将不锈钢板材沿垂直方向移动n的位移，辐射交联1次，最后沿水平的反方向移动n位移，辐射交联1次，得到高韧性水凝胶材料；测试该水凝胶的拉伸性能和细胞毒性，测试结果如表5所示；
[0059]
表4实施例2的辐射专用装置的参数表
[0060]
原料实验6实验9实验10实验11圆孔半径r/mm2.52.555
圆孔间隔距离d/mm10.6251.252.5平移尺寸n/mm32.81255.6256.25
[0061]
表5实施例2的拉伸性能和细胞毒性测试表
[0062][0063]
由表5可知，通过拉伸测试数据对比，表明圆孔半径越小，圆孔间隔距离越小，水凝胶的拓扑结构越紧密，导致其伸长率、拉伸强度及韧性越大。对比实施例2
[0064]
通过调节辐射专用装置在制备过程中平移距离n，测试其对水凝胶韧性的影响；
[0065]
水凝胶的预聚物的溶解方法和比例与实施例1中实验6相同，将水凝胶预聚物分装入20cm
×
20cm
×
0.3cm的托盘模具中，选用的不同规格的辐射交联专用辅助装置，面积是20cm
×
20cm，具体参数如表6所示，将其放在托盘模具上方，一同放入电子加速器的运行轨道，辐射交联；辐射参数是电子束能量为2mev，每次辐射剂量为5kgy，第一次辐射交联完成后，沿着水平方向将不锈钢板移动n的位移，辐射交联1次，再将不锈钢板材沿垂直方向移动n的位移，辐射交联1次，最后沿水平的反方向移动n位移，辐射交联1次，得到高韧性水凝胶材料；测试该水凝胶的拉伸性能和细胞毒性，测试结果如表7所示；
[0066]
表6对比实施例2的辐射专用装置的参数表
[0067]
原料实验6实验12实验13实验14实验15圆孔半径r/mm2.52.52.52.52.5圆孔间隔距离d/mm11111平移尺寸n/mm32.4653.53524
[0068]
表7对比实施例2的拉伸性能和细胞毒性测试表
[0069][0070]
由表7可知，移动距离n在设定范围极限时，即实验12和13，相比于实验6，强度和韧性明显降低；移动距离n不在设定范围内，凝胶交联出现漏点，不能完全交联成型。
[0071]
实施例3调节辐射参数，测试其对水凝胶韧性的影响
[0072]
水凝胶的预聚物的溶解方法和比例与实施例1中实验6相同，将水凝胶预聚物分装入20cm
×
20cm
×
0.3cm的托盘模具中，选用的辐射专用装置是圆孔半径为2.5mm的镂空的不锈钢板材，面积是20cm
×
20cm，圆孔间隔距离d为1mm，将其放在托盘模具上方，将其放在托盘模具上方，一同放入电子加速器的运行轨道，辐射交联。辐射具体参见表8，第一次辐射交联完成后，沿着水平方向将不锈钢板移动半径的位移，辐射交联1次，再将不锈钢板材沿垂直方向移动半径的位移，辐射交联1次，最后沿水平的反方向移动半径位移，辐射交联1次，得到高韧性水凝胶材料。测试该水凝胶的拉伸性能和细胞毒性，测试结果如下表9所示。
[0073]
表8实施例3辐射参数表
[0074]
辐射参数实验6实验16实验17实验18电子束能量(mev)2255单次辐射剂量(kgy)510510
[0075]
表9实施例3的拉伸性能和细胞毒性测试表
[0076][0077]
由表9可知，通过拉伸测试数据对比，表明随着辐射剂量增大，水凝胶的伸长率、拉伸强度及韧性越大；电子束能量的提高，水凝胶的韧性也有增强。
[0078]
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
[0079]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种机械连锁式拓扑结构水凝胶材料的制备方法，包括以下步骤：a)将可辐射交联的高分子聚合物、水和增韧剂混合，得到水凝胶预聚物；b)在所述水凝胶预聚物的上表面覆盖辐射屏蔽装置，得到待辐射品；所述辐射屏蔽装置为具有均匀分布的圆形通孔结构的板材；c)将所述待辐射品置于电子加速器轨道，开启电子加速器进行第一次辐射交联，沿着水平方向将所述板材移动n的位移进行第二次辐射交联，再沿着垂直方向将所述板材移动n的位移进行第三次辐射交联，最后沿着水平的反方向将所述板材移动n的位移进行第四次辐射交联，得到机械连锁式拓扑结构，所述n的取值范围为辐射交联，得到机械连锁式拓扑结构，所述n的取值范围为r为圆形通孔的半径，d为相邻圆形通孔的间隔距离。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述d为r的0.25～0.5倍，所述r为0.5～5mm；所述板材为不锈钢板材。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述n的范围为r+0.5d。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述高分子聚合物选自聚乙烯醇、聚氧化乙烯和聚丙烯酸钠，所述增韧剂为聚乙二醇。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，以所述高分子聚合物、所述水和所述增韧剂的总质量为基础，所述聚乙烯醇的含量为10～15wt％，所述聚氧化乙烯的含量为0.5～2wt％，所述聚丙烯酸钠的含量为0.5～2wt％，所述增韧剂的含量为2～5wt％。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述混合之后还包括水浴加热搅拌，所述水浴加热的温度为90～95℃，搅拌速度为200～800rpm。7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一次辐照交联、第二次辐照交联、第三次辐照交联和第四次辐照交联的辐照参数相同，电子加速器为0.5～10mev，辐射剂量为1～15kgy。8.一种机械连锁式拓扑结构，由第一交联网络、第二交联网络、第三交联网络和第四交联网络组成，所述第一交联网络由可辐射交联的高分子聚合物和增韧剂在板材覆盖下通过辐照得到，所述第二交联网络是由第一交联网络在所述板材沿着水平方向移动n的位移下辐照得到，所述第三交联网络是由第二交联网络在所述板材沿着垂直方向移动n的位移下辐照得到，所述第四交联网络是由第三交联网络在所述板材沿着水平的反方向移动n的位移下辐照得到；所述板材为具有均匀分布的通孔结构的板材，所述n为r为圆形通孔的半径，d为相邻圆形通孔的间隔距离。9.根据权利要求8所述的机械连锁式拓扑结构，其特征在于，所述水凝胶材料具有四重交联密度的拓扑结构，所述拓扑结构包括物理交联网络和化学交联网络，所述物理交联网络以分子间氢键为作用力，所述化学交联网络以四重辐射交联的共价键为作用力。10.根据权利要求8所述的机械连锁式拓扑结构，其特征在于，所述第一交联网络的含量50～60％，所述第二交联网络的含量为35～40％，所述第三交联网络的含量为4～6％，所述第四交联网络的含量为1.5～2％。

技术总结
本发明提供了一种机械连锁式拓扑结构水凝胶材料的制备方法，包括以下步骤：A)将可辐射交联的高分子聚合物、水和增韧剂混合，得到水凝胶预聚物；B)在所述水凝胶预聚物的上表面覆盖辐射屏蔽装置，得到待辐射品；所述辐射屏蔽装置为具有均匀分布的圆形通孔结构的板材；C)将所述待辐射品置于电子加速器轨道，开启电子加速器进行第一次辐射交联，再将所述板材沿不同方向移动并进行辐射交联，得到水凝胶材料。本申请还提供了一种机械连锁式拓扑结构水凝胶材料。本申请提供的制备方法制备了四种重叠交联密度的水凝胶材料，在受到外力作用时，拓扑结构呈现类弹簧式的拉伸与收缩，从交联一重至四重逐级损耗外力作用的能量，提高了水凝胶的韧性。胶的韧性。


技术研发人员：苗冲 何婉莹 祝丽丹 楚明华 于春暖 赵鹤桐 杜婧 徐鹏飞
受保护的技术使用者：长春吉原生物科技有限公司
技术研发日：2023.06.16
技术公布日：2023/8/5