[发明专利]一种贯通孔双网络聚合物水凝胶支架的制备方法

说明书

本发明涉及一种贯通孔双网络聚合物水凝胶支架的制备方法，属于生物医用高分子材料领域。该方法是采用由三维打印制造的多孔支架作为模板，并结合两步聚合物灌注及随后对多孔支架模板进行移除的方法制备贯通孔双网络聚合物水凝胶支架。本发明的制备技术能有效克服三维打印制造过程中因逐层叠加产生的技术限制和对水凝胶材料使用的限制，可以获得与多孔支架模板结构一致的、一次成型的且具有良好力学性能的贯通孔隙的双网络聚合物水凝胶支架。

技术领域

本发明涉及一种水凝胶的制备技术，特别涉及一种具有良好机械能和贯通孔双网络聚合物水凝胶支架的构成方法，属于生物医用高分子材料领域。

背景技术

由于具有良好的生物相容性以及在能保持大量水分的条件下不溶解等特征，水凝胶一直被视为软组织工程修复用最佳材料。而在实际应用中，通常需要把医用水凝胶加工成与缺损组织解剖学结构一致结构的支架，同时该水凝胶支架在微观尺度(约为50-5000微米范围内)还应该具有在三维方向相互贯通的孔隙以便细胞和组织能进入水凝胶内生长并再生组织，以及在水凝胶支架孔隙内的细胞和组织能有效的进行营养和废物的代谢等一系列生理活动。

为了获得既具有与缺损组织解剖学结构一致结构，在微观范围又具有丰富的三维贯通孔隙的水凝胶支架，当前一个被称为增材制造或被称为三维打印的技术被用来制备如此结构的水凝胶支架。然而，受制备技术方法的限制，即增材制造是通过层层叠加的方式来制造支架，这就要求层与层之间的水凝胶进行交联。为了获得层与层之间能有效交联的三维多孔水凝胶支架，目前只有可光辐射交联的水凝胶能用于制造具有三维结构的水凝胶支架，这就极大的限制了特定聚合物水凝胶，特别是天然聚合物水凝胶多孔支架的制备。而且使用直接打印的方法制备的三维多孔支架水凝胶，其宏观结构也不能完全按照设计的结构成型，在制备过程中通常会有一定的变形从而导致与设计的支架结构不一致现象，这最终导致打印出的支架不可用。

此外，制备的水凝胶支架还需要具有良好的机械性能和弹性，以便水凝胶支架植入到体内后在经受机械挤压等力学影响后能维持结构。然而当前的水凝胶的机械性能普遍较差。这就极大的限制了水凝胶作为组织工程支架的应用。为了提高水凝胶的机械性能，专利200510027603.1和专利201410259494.5分别公开了两类双网络聚合物水凝胶。把两种不同聚合物相混合形成双网络聚合物水凝胶可以极大的改善水凝胶的机械性能从而可以很好的满足组织支架的力学性能的要求。尽管如此，这些公开的技术没有涉及把水凝胶制备成为具有三维贯通孔隙的支架，这就限制该水凝胶在软组织工程中的应用。

发明内容

为了克服当前由直接三维打印技术制备水凝胶支架的局限性，以及克服由双网络聚合物因缺乏三维贯通孔隙而无法实现在软组织工程的应用，本发明提出使用由三维打印制造的多孔支架作为模板，并结合两步聚合物灌注成型方法制备贯通孔双网络聚合物水凝胶支架。由本发明制备的贯通孔双网络聚合物水凝胶支架，不但具有孔隙可控的、三维贯通的孔隙，而且具有良好的机械性能和弹性。

为实现上述目的，本发明是采用以下措施构成的技术方案来实现的。

本发明所述的贯通孔双网络聚合物水凝胶支架的制备技术，包含下面连续制备步骤：

A)贯通孔模板制备：使用三维打印机制造多孔支架模板；

B)单网络聚合物预型体SN制备：将水、第一种聚合物P1和戊二醛按照重量比为(90-99):(1-10):(0-5)进行混合并灌注进入多孔支架模板，然后置于低温冷冻干燥器中干燥获得多孔支架模板/单网络聚合物预型体SN；

C)双网络聚合物预型体DN制备：把水、不饱和烯单体、多烯交联剂、过硫酸铵和四甲基乙二胺按照重量比为(30-50):(10-50):(5-20):(0.1-1):(0.1-1)混合并灌注进入多孔支架模板/单网络聚合物预型体SN，然后置于温度为20-80℃，湿度为70-100％的氮气环境中反应6-96小时，获得的多孔支架模板/双网络聚合物预型体DN；