[发明专利]一种各向异性导电水凝胶及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种各向异性导电水凝胶及其制备方法和应用，所述各向异性导电水凝胶包括导电支撑材料、导电活性物质、引发剂、催化剂和水；所述导电支撑材料的质量分数为5～30％；所述导电活性物质的浓度为5～25mg/mL；所述引发剂的浓度为0.5～5mg/mL；所述催化剂的浓度为0.5～5mM。本发明提供的各向异性导电水凝胶具有定向的几何结构和良好的定向导电能力，对于通过组织工程实现受损组织的修复具有重要的意义。

技术领域

本发明属于医用材料领域，具体涉及一种各向异性导电水凝胶及其制备方法和应用，尤其涉及一种导电效果好的各向异性导电水凝胶及其制备方法和应用。

背景技术

针对生物组织受到重大损伤后自我修复能力有限的问题，组织工程迅速发展。组织工程是指从病患或供体收集种子细胞，通过体外培养或组织工程支架培养构建能植入病患体内的功能性组织，修复和替代缺损或病变组织，促进功能恢复的一项技术。水凝胶是由三维网络结构构成的高含水的软质材料，因其具有良好的生物兼容性、对外界刺激良好的响应性、与人体组织相匹配的力学性能等特点，而被广泛的用作组织工程支架。

作为组织工程支架，水凝胶不但应满足力学性能与人体组织相匹配，还要考虑特殊组织的功能与结构特性。如天然组织或器官一般是由细胞按照一定的空间分布和排列组成，组织内细胞这种的分布和取向对实现组织的特定功能至关重要。以骨骼肌为例，为了实现高强度的抗拉伸与收缩能力，构成骨骼肌的肌细胞以成束的方式高度平行排列。而当骨骼肌损伤时，处于静默状态的“卫星细胞”也会在成束肌细胞的约束下，沿着肌细胞的方向重新分化为高度排列的肌管，从而实现肌肉组织功能的自我修复。另外，具有导电性能的神经组织和肌肉组织对电信号具有敏感性，通过施加外界电场刺激，可有效的促进损伤神经、肌肉组织的恢复。然而目前结合几何约束和电场刺激作用引导细胞定向排列生长的研究还相对较少。

CN106111193B公开了一种负载银纳米颗粒催化剂水凝胶的制备方法，步骤如下：将高分子单体、交联剂、光引发剂和一价银离子盐按一定比例混合溶解于水中，再把混合均匀的溶液加入石英模具中并在紫外光下照射一定的时间得到负载银纳米颗粒的水凝胶；该纳米复合水凝胶中的银纳米颗粒分布均匀，平均尺寸2-3nm；反应过程中未添加表面活性剂，银纳米颗粒表面洁净、表面活性高、具有优异的催化性能；该负载银纳米颗粒催化剂水凝胶在硼氢化钠降解对硝基苯酚、甲基橙或亚甲基蓝等有机染料实验中具有优异的催化活性，而且反应完成后不造成二次污染；经过多次循环使用仍保持良好的催化效果；该纳米复合水凝胶的制备步骤少，干燥后便于保存和运输，有利于工业实际应用。但其难以应用于组织修复领域。

CN105294934B公开了一种高强度抗菌水凝胶的制备方法，所述方法包括：用冷却后的煮沸蒸馏水，将顺丁烯二酸、丙烯酰胺、羧甲基壳聚糖、交联剂、引发剂、催化剂溶解在水溶液中，将配制好的溶液快速转移至玻璃模具中，密封后的模具置于45～55℃的环境下保温反应2～6h；然后取出模具内成型的水凝胶，浸泡在浓度为0.05～0.25M的可溶性金属盐溶液中24h，之后取出即为高强度抗菌的水凝胶。该发明所述的水凝胶在表现出了一定的机械强度的同时具备了良好的抗菌效果，以满足其在人体软骨修复、组织工程等方面的应用需求。

由于目前结合几何约束和电场刺激作用引导细胞定向排列生长的研究还相对较少，制备具有定向排列结构和定向导电能力的水凝胶，通过物理约束和定向电场刺激的协同作用引导细胞的定向排列，对于促进肌肉组织和神经组织的恢复具有重要的意义。因此，如何提供一种导电效果好的各向异性导电水凝胶，成为了亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种各向异性导电水凝胶及其制备方法和应用，尤其提供一种导电效果好的各向异性导电水凝胶及其制备方法和应用。本发明提供的各向异性导电水凝胶具有定向的几何结构和良好的定向导电能力，对于通过组织工程实现受损组织的修复具有重要的意义。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：