[发明专利]一种形状自恢复多孔复合凝胶及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种形状自恢复多孔复合凝胶及其制备方法与应用。通过将壳聚糖溶液与琼脂溶液混合，经定向冷冻干燥后浸入碱液中，能够制备出具有双网络结构和多孔结构的形状自恢复多孔复合凝胶，并使该形状自恢复多孔复合凝胶能够应用于微创手术、人造皮肤及软组织修复领域。通过上述方式，本发明能够利用壳聚糖与琼脂分别形成的可逆物理交联网络有效提高复合凝胶的机械性能，并使复合凝胶在水分子诱导下快速恢复形状，实现形状自恢复功能；同时，定向冷冻干燥不仅能够使复合凝胶具有有序的多孔结构，还能够对壳聚糖及琼脂产生富集效应，提高复合凝胶的力学性能。且制备方法简单快速，无需精密仪器，可大规模制备，能够满足工业生产的需求。

技术领域

本发明涉及凝胶技术领域，特别是涉及一种形状自恢复多孔复合凝胶及其制备方法与应用。

背景技术

基于伤口的湿性愈合理论，水凝胶作为敷料在皮肤修复及组织工程领域有着重要的研究和应用价值，同时也面临着较高的性能要求。在外科微创手术中，该凝胶需要有一定的形状自恢复功能；在避免伤口感染及促进创面愈合的过程中，该凝胶需要一定的药物负载及缓释功能；在创面恢复期，该凝胶需要一定的孔隙结构供组织细胞生长；在创面愈合后期，该凝胶需要可控的降解速率来匹配伤口愈合不同阶段；在创面完成后，该凝胶还需要完全降解，避免二次手术给患者带来不必要的痛苦。同时，该凝胶还需要具有较高的力学性能，以满足实际应用的需求。

然而，传统水凝胶一般力学性能较差，导致其应用受限。当前通常通过共价交联或物理交联的方式来提高水凝胶的力学性能，其中，通过共价交联所形成水凝胶材料往往受限于所使用的有毒试剂，具有难以降解的缺点；而通过物理交联作用形成的水凝胶力学性能通常改善不大，若通过提高材料组分浓度对水凝胶进行增强，在提高力学性能的同时经常会因形成致密结构而牺牲其透气透湿性能。

公开号为CN107011609A的专利提供了一种具有自恢复能力的高强化学-物理双网络水凝胶及其制备方法与应用，该专利通过使亲水性单体聚合形成第一化学网络，并使多糖及其衍生物经物理交联形成第二物理网络，利用物理-化学双网络结构使制得的水凝胶具有良好的力学性能和自恢复性。但该专利在制备水凝胶的过程中仍需要引入多种交联剂和引发剂，容易对生物体造成毒性伤害，生物相容性较低；同时，该专利制备的水凝胶不具有多孔结构，在实际应用时不利于组织细胞生长；更重要的是，第一层网络引用了化学交联结构，无法实现材料的自降解过程，限制了其在组织工程领域的应用。因此，如何在有效提高凝胶力学性能的同时，使其具有形状自恢复功能和多孔结构，并保持良好的生物相容性、透气透湿性和可控的生物降解性，是当前凝胶在实际应用中面临的关键问题。

有鉴于此，当前仍有必要提供一种形状自恢复多孔复合凝胶及其制备方法与应用，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于针对上述问题，提供一种形状自恢复多孔复合凝胶及其制备方法与应用，通过将壳聚糖溶液与琼脂溶液混合，经定向冷冻干燥后浸入碱液中，制备出具有双网络结构和多孔结构的复合凝胶；该双网络结构均为可逆物理交联网络，不仅能够提高复合凝胶的机械强度，还能够使复合凝胶在水分子诱导下快速恢复形状，实现形状自恢复功能。

为实现上述目的，本发明提供了一种形状自恢复多孔复合凝胶的制备方法，包括如下步骤：

S1、将壳聚糖溶于去离子水中，利用酸液调节其pH至2～4，待壳聚糖完全溶解后过滤除杂，得到预定浓度的壳聚糖溶液；将琼脂加热溶解于去离子水中，配制成预定浓度的琼脂溶液；再将所述壳聚糖溶液与所述琼脂溶液按预设体积比混合均匀，冷却成型后，得到复合凝胶；

S2、将步骤S1制得的所述复合凝胶置于模具内，并将所述模具置于液氮液面上方，使所述模具与所述液氮液面保持预设的距离，基于液氮所导致的梯度低温环境，诱导所述复合凝胶内部的水分子定向生长为冰晶；待所述冰晶完全成型后，再将所述模具置于冷冻干燥机内，经冷冻干燥，所述冰晶升华后得到多孔复合凝胶；