[发明专利]一种制备各向异性水凝胶的方法

说明书

本发明涉及3D打印和生物材料领域，具体涉及一种制备各向异性水凝胶的方法，由所述方法制备的水凝胶，以及所述水凝胶的用途。本发明的方法可以基于同种材料制备各向异性水凝胶，具有较高的精度和简化的工艺。

技术领域

本发明涉及3D打印和生物材料领域，具体涉及一种制备各向异性水凝胶的方法，由所述方法制备的水凝胶，以及所述水凝胶的用途。

背景技术

水凝胶(Hydrogel)是一种以水为分散介质的凝胶，是一种高分子网络体系，性质柔软，能保持一定的形状，能吸收大量的水。凡是水溶性或亲水性的高分子，通过一定的化学交联或物理交联，都可以形成水凝胶。由生物相容性高分子形成的水凝胶可以被用于细胞培养、组织工程、药物释放等领域。

生物组织(例如皮肤、肌肉等)是各向异性的，而且生物体内不同部位的组织通常具有不同的各向异性。用于组织移植材料的水凝胶需要满足生物组织的各向异性需求，才容易实现组织移植。

现有的形成各向异性水凝胶的策略大致包括以下两类：(1)宏观加入各向异性的策略，例如：通过打印拓扑结构网络使水凝胶整体产生各向异性(He,Cao et al.2017)，光刻拓扑结构模仿心肌组织的趋向性(Zhang,Montgomery et al.2016)等；(2)微观引入各向异性的策略，例如在水凝胶中加入纳米纤维素、在打印剪切的过程中产生各向异性(Gladman,Matsumoto et al.2016)，通过纳米纤维与聚丙烯酰胺的交联产生高机械强度的各向异性水凝胶(Kong,Wang et al.2018)等。然而，现有的各向异性水凝胶都是由不同种类的水凝胶制备而成，各向异性产生的策略简单，不符合生物体内高度复杂的结构组成特征。

发明内容

本发明人通过深入的研究和创造性的劳动，得到了一种灵活可控的基于同种材料制备各向异性水凝胶的方法，本发明的方法具有较高的精度和简化的工艺，可用于制备用于组织移植等领域的材料。

在一个方面，本申请提供了一种制备各向异性的水凝胶的方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：提供第一溶液、第二溶液、模具和3D打印机；

其中，所述第一溶液和第二溶液包含相同种类的可形成水凝胶的高分子，所述高分子以不同的浓度存在于所述第一溶液和第二溶液中；

所述3D打印机包含料筒、打印机平台和打印机喷头；

所述模具由一个或多个相同的矩形框架组成，当所述模具包含多个矩形框架时，所述多个矩形框架在水平面内平行连接；

步骤2：将模具置于打印机平台上；在料筒中加入第一溶液；将打印机喷头的温度设置为等于第一溶液的凝胶温度或低于第一溶液的凝胶温度2℃以内；将打印机平台的温度设置为第一溶液的凝胶温度以下10℃-20℃；

步骤3：使打印机喷头位于模具的至少一个矩形框架的上方，按照预设图案对第一溶液进行打印，使第一溶液在打印平台位于所述矩形框架内的区域中固化，形成具有预设图案的水凝胶；

任选地，重复步骤3一次或多次，以在多个矩形框架中形成具有预设图案的水凝胶；

任选地，步骤3还包括：使用交联剂对第一溶液形成的水凝胶进行化学交联；

步骤4：将第二溶液加至步骤3中所述的矩形框架中，使第二溶液覆盖所述具有预设图案的水凝胶并填充所述图案中的间隙；使用交联剂对第二溶液进行化学交联，得到各向异性的水凝胶；

任选地，重复步骤4一次或多次，以在多个矩形框架中形成各向异性的水凝胶；

任选地，所述方法还包括步骤5：对得到的各向异性的水凝胶进行洗涤。

溶液