CN112755240A - 包含纳米原纤纤维素的医用水凝胶，定制伤口敷料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及包含纳米原纤纤维素的医用水凝胶及其制备方法，其中水凝胶中纳米原纤纤维素的含量在1‑3.5％(w/w)的范围内，并且纳米原纤纤维素包含平均原纤直径为200nm或更小的阴离子纳米原纤纤维素。本申请还涉及用于在伤口中诱导血管形成和/或用于处理真皮和/或下方组织的深部伤口的医用水凝胶。

Description

包含纳米原纤纤维素的医用水凝胶，定制伤口敷料及其制备 方法

技术领域

本申请涉及包含纳米原纤纤维素的医用水凝胶及其制备方法。更具体地，本申请涉及用于处理伤口，特别是用于诱导伤口中的血管形成的包含纳米原纤纤维素的医用水凝胶。本申请还涉及用于在伤口中诱导血管形成和/或用于处理真皮和/或下方组织的深部伤口的医用水凝胶。

发明背景

伤口，尤其是深部伤口，可能难以处理。特别是涉及真皮或甚至更深组织损伤的伤口，可能会愈合不佳，并可能出现严重的疤痕。在许多情况下，患者的身体非常快地生长疤痕组织，因此深部伤口没有完全愈合。相反，只有伤口表面愈合，而内膜尚未完全形成。较深并且在某些情况下较脏和较大的伤口更容易受到细菌感染。结果，这将拖延整个愈合过程。

敷料可用于伤口。但是，敷料可能会粘在伤口上，并且可能无法适当地促进深部伤口的愈合。需要改善伤口尤其是深部伤口的处理，并找到用于这种处理的更好的材料和方法。尤其需要改善深部组织的愈合。该材料应可针对深部伤口模塑，并且可移除，而不使伤口受到进一步损伤，但深部伤口的愈合将得以开始并保持。

发明内容

已经发现，可以通过将特定类型的纳米原纤纤维素水凝胶施加到伤口内和/或伤口上来改善深部伤口的愈合，例如涉及真皮和/或更深组织的伤口的愈合。水凝胶可在深部组织中诱导血管形成或预血管形成，从而显著加快伤口的愈合过程。与使用常规材料处理类似伤口相比，疤痕更少，因此结果也更好。

本申请提供了制备医用水凝胶的方法，所述方法包括：

-提供阴离子改性的浆料，或

-提供浆料，并对浆料进行阴离子改性，

-使阴离子改性的浆料崩解，直到获得平均原纤直径为200nm或更小的纳米原纤纤维素，

-任选地，在一个或多个非原纤化均质步骤中对崩解的阴离子改性的浆料进行均化，和

-将纳米原纤纤维素制成医用水凝胶，该医用水凝胶中纳米原纤纤维素的含量在1-3.5％(w/w)的范围内。

本申请还提供了包含纳米原纤纤维素的医用水凝胶，其中水凝胶中纳米原纤纤维素的含量在1-3.5％(w/w)的范围内，并且纳米原纤纤维素包含平均原纤直径为200nm或更小的阴离子纳米原纤纤维素。

本申请还提供了用于诱导伤口中血管形成的包含纳米原纤纤维素的医用水凝胶。本申请还提供了用于处理真皮和/或下方组织的深部伤口，优选用于诱导预血管形成的包含纳米原纤纤维素的医用水凝胶。

本申请提供了一种用于制备定制伤口敷料的方法，该方法包括：

-提供本文公开的医用水凝胶，

-获得设计为适合伤口的物体的数字三维模型，以及

-根据数字三维模型，通过增材制造由医用水凝胶制备三维物体，以获得定制为适合伤口的伤口敷料。

本申请还提供了定制为适合伤口的伤口敷料，该伤口敷料包含本文中公开的定制为适合伤口的医用水凝胶。伤口敷料可以通过本文公开的增材制造方法获得。

本申请还公开了一种含医用水凝胶的试剂盒，该医用水凝胶包装在一个或多个密封包装中，或者包装在一个或多个施用装置中，所述施用装置例如是注射器、敷抹器、泵或管。

主要实施方式在独立权利要求中限定。在从属权利要求中公开了各种实施方式。除非另有明确说明，否则权利要求书和说明书中记载的实施方式和实施例可以相互自由组合。

已经发现，包含纳米原纤纤维素的水凝胶并且该水凝胶的某些物理性质在特定范围内，特别是相对低的粘度和稠度，特别适合于医用目的，尤其是适合作为医疗产品，例如可模塑产品，其可以用作敷料等。当施用于伤口时，水凝胶表现出以下性质，诸如牢固性、低粘着性，充分的断裂韧性(表现为压缩功)、可成形性和良好的可除去性或可剥离性。重要的是，该材料不要粘附在伤口上，尤其是在深部组织上，因此在去除水凝胶时，它不会损伤组织或进入伤口中。同样在使用期间，重要的是水凝胶保留在伤口中并保持与组织的适当接触。这些性质是用本发明材料获得的。此外，该材料特别促进了此类组织的深部伤口或其他损伤或伤害的愈合。

本文公开的水凝胶提供良好的保水能力和分子扩散特性速度，这些性质在诸如伤口处理等的医学应用中是期望的。

本文所述的水凝胶可用于医学应用，其中所述材料与活组织接触。已经发现，当将纳米原纤纤维素施用到受损区域上时，特别是当伤害发生在深部组织如真皮、脂肪组织或其他深部组织时，纳米原纤纤维素表现出不同寻常的性质。如本文所述的包含纳米原纤纤维素的产品与活组织高度生物相容并且提供若干有利效果。不受任何具体理论的束缚，认为包含非常亲水的纳米原纤纤维素的水凝胶具有非常高的比表面积，因此当施用于组织时，具有高保水能力，由此在组织或伤口与纳米原纤纤维素之间提供有利的潮湿环境。纳米原纤纤维素中的大量游离羟基在纳米原纤纤维素和水分子之间形成氢键，并且能够形成凝胶和产生纳米原纤纤维素的高保水能力。由于纳米原纤纤维素水凝胶中大量的水，因此假定主要是水与组织接触，并且还使得流体和/或试剂能够从伤口迁移到水凝胶，或从水凝胶迁移到伤口。本文公开的产品的相对低的粘度和稠度可以令人惊讶地增强这些效果并提供其他新效果。

当使用本文所述的水凝胶时发现的一种特定效果是在受损区域引起血管形成。当需要适当愈合深部伤口中的受损区域时，这是特别有利的。没有适当的血管形成，受损区域会产生严重疤痕，导致愈合不彻底。更特别地，阴离子纳米原纤纤维素凝胶活化了皮肤中的成纤维细胞，这进而又诱导了受损区域中血管的形成，即血管形成。与其他方面具有相似性质但未化学改性的纳米原纤纤维素凝胶获得的血管形成作用相比，上述血管形成作用要强得多。

当水凝胶用于覆盖伤口或其他损伤或伤害时，还提供了若干其他效果。产品的可用性很好，因为该产品可以容易地施用和移除而不会被损坏，例如破碎。产品保持其形式。水凝胶保护伤口免受感染并提供湿润的环境以使伤口愈合。水凝胶不会像传统材料那样以不可逆的方式附着在受损的皮肤、组织或伤口上，而传统材料通常很难在不损坏已愈合或正在愈合的区域的情况下被移除。产品和皮肤之间的状况有助于受损区域的愈合。

水凝胶还可用于可控地和有效地将试剂(例如治疗剂)递送或提供至对象，例如患者或使用者，例如通过透皮途径或通过其他途径递送或提供。控释是指例如在一段时间内获得所需的一种或多种试剂的释放速率和/或分布，这可能受到以下因素的影响：凝胶选择，例如凝胶的百分比或凝胶的厚度，可释放剂的浓度或形式，任何助剂的存在，或对可释放剂的释放速率和/或活性有影响的其他条件，例如pH、温度等。如前所述，组织和水凝胶之间的特定状况和释放特性的组合效果提供了物质到活组织中的有效递送。另一方面，水凝胶还可以从伤口或受损区域吸收物质，例如伤口渗出液。这也可以促进愈合。纳米原纤纤维素水凝胶提供亲水性基质，其是无毒的，生物相容的并且还可生物降解。例如，基质可以酶促降解。另一方面，水凝胶在生理条件下是稳定的。

附图说明

图1显示了用NFC敷料(1型敷料)处理的人源化小鼠伤口的组织病理学评估。A)未经处理的损伤；B)经1型敷料处理的损伤。

图2显示了使用3.2％阴离子纳米原纤纤维素(ANFC)水凝胶、未改性的纳米原纤纤维素和对照样品(未处理)进行的伤口敷料研究。图2A显示了被硅酮环围绕的伤口的照片，该硅酮环被缝合在伤口周围的皮肤表面上以防止收缩，并且其中伤口敷料被施加到该环中(对照除外)。图2B显示了比较3天和7天中的伤口闭合百分比的图。

图3显示了刺激成纤维细胞活化的结果。图3A显示了α-SMA染色以检测组织学皮肤样品中的血管网络和成纤维细胞的活化。图3B示出了呈现不同样品中的α-SMA染色强度的图。

图4显示了3.27％NFC水凝胶的鸡测试。图4A显示了伤口中的水凝胶，图4B显示了从伤口中去除的水凝胶。

图5显示了2.65％NFC水凝胶的鸡测试。图5A显示了伤口中的水凝胶，图5B显示了从伤口中去除的水凝胶。

具体实施方式

在该说明书中，除非另有特别说明，否则百分数值是基于重量(w/w)计。如果给出任何数值范围，则该范围也包括上限值和下限值。开放式术语“包括”还包括封闭式术语“由……组成”作为一种选择。

本文所述的材料和产品可以是医学和/或科学材料和产品，例如生命科学材料和产品，并且可以用于涉及活组织和/或生物活性材料或物质的方法和应用中，例如本文所述。所述材料或产品可以是或涉及用于医学治疗的材料或产品，并且可以用在涉及诸如皮肤或皮肤下组织的伤口、疾病和其他损伤的方法中，和/或可以用于医学或科学目的，或用于其他相关和适用的方法。特别地，提供本发明的材料和产品以用于伤口，特别是深部伤口，例如涉及真皮和/或更深组织的伤口，即在所述组织中包括损伤的伤口，尤其是其中需要对其进行处理的伤口。并非所有的医疗产品(即使是水凝胶形式)都适用于深部伤口，深部伤口需要的产品应具有不会损伤或刺激伤口(尤其是深部组织)的特性，并且该产品同时可以模塑为适合伤口，该产品也可从伤口移除，优选不损伤伤口且不破裂。

术语“医用/医疗”是指产品或用途，其中产品，即包含实施方式的水凝胶的产品被使用，或其中产品适用于医疗目的。医疗产品可以被灭菌，或者它是可灭菌的，例如通过使用温度、压力、湿度、化学物质、辐射或其组合进行灭菌，即产品耐受灭菌处理。该产品可以例如被高压灭菌，或者可以使用利用高温的其他方法进行灭菌。在一个实例中，产品在121℃下高压灭菌15分钟。还希望医疗产品不含热原，并且不含有不希望的蛋白质残留物、不希望的生物活性物质、基于动物的物质和/或类似物。还可以使用UV或γ辐射灭菌，特别是对于阴离子纳米原纤纤维素。

纳米原纤纤维素(NFC)水凝胶，例如阴离子NFC水凝胶，也能够随时间持续地或可控地释放和/或保留活性剂，例如治疗剂，例如药物成分，或其他生物活性剂，特别是当温度和pH恒定时。水凝胶中可包括一种或多种可促进伤口愈合的抗细菌或抗微生物剂和/或其他治疗剂。这种试剂在水凝胶中的含量可以在0.01-1％(w/w)的范围内，例如0.05-0.5％(w/w)，或其他合适的生理有效量。

可以以合适的原纤化度提供纳米原纤纤维素，原纤化度可以例如通过材料的流变性质和/或原纤或原纤束的直径来表征。例如，纳米原纤纤维素当分散在水中时可以提供在1000–100000Pa·s范围内的零剪切粘度，对于阴离子级别，优选在1000-50000Pa·s范围内，例如2000–20 000Pa·s，以及提供在1–50Pa范围内，优选1–30Pa范围内，例如在3–15Pa范围内的屈服应力，这些测量结果是通过旋转流变仪在22℃±1℃下，稠度为0.5重量％(w/w)的条件下在水性介质中确定的。

已经发现，用于处理深部伤口和增强伤口中血管形成的水凝胶应优选以在水凝胶的浓度下确定的特定粘度提供。优选的粘度显著低于相关现有技术产品，并且令人惊讶地，这种水凝胶可以激活深部组织中的成纤维细胞并引起深部伤口中的有效血管形成。在所用浓度下具有所述粘度的水凝胶在深部伤口中保持良好，而不会引起对深部组织的损害或刺激，并且还易于从伤口回收。水凝胶在数天内维持其活性，例如血管形成作用。在此处理期之后，伤口处于这种愈合和稳定的状态，可以进一步得到处理和/或用其他产品(例如药剂和/或其他NFC水凝胶或含NFC的产品(例如纱布))覆盖或进行手术处理。

一个实施方式提供了包含纳米原纤纤维素的医用水凝胶，其中水凝胶的粘度范围为500-2200Pa·s，例如500-2000Pa·s，例如500-1800Pa·s，700–2000Pa·s或1000–2000Pa·s，该粘度是用粘度计在水凝胶浓度下，在37℃和0.1 1/s的剪切速率下测得的。在一个实施方式中，水凝胶的粘度范围为700–1800Pa·s，例如1000–1800Pa·s，该粘度是用粘度计在水凝胶浓度下，在37℃和0.1 1/s的剪切速率下测得的。在对应于某些有利的测试水凝胶的一个具体实例中，粘度范围为1500-2000Pa·s，该粘度是用粘度计在水凝胶浓度下，在37℃和0.1 1/s的剪切速率下测得的。如本文所述，这些粘度在所提供的水凝胶浓度下测量，即“在自身浓度下”测量，该浓度可以在1-3.5％(w/w)的范围内或更窄的范围内。在自身浓度下的粘度可以用任何合适的粘度计测量。在试验中，用配备有用于温控的Peltier系统的HAAKE Viscotester iQ流变仪(德国卡尔斯鲁厄的赛默飞世尔公司(Thermo FisherScientific，Karlsruhe，Germany))测量粘度。该粘度可以称为剪切粘度。

同样为了控制水凝胶的性能，特别是当用作深部伤口中的伤口敷料时或在其他制备步骤中，有必要以纳米原纤纤维素的一定稠度(干含量)提供水凝胶，例如本文公开的。水凝胶通常主要或仅包含水性液体，其可以是水或水性缓冲溶液和/或盐水溶液。水凝胶可以在生理盐溶液中形成，因此其可以包含盐，例如0.8–1.0％(w/w)的盐，例如其中盐包含氯化钠。

本申请提供了包含纳米原纤纤维素的医用水凝胶，其中水凝胶中纳米原纤纤维素的含量在1-3.5％(w/w)的范围内，并且纳米原纤纤维素包含平均原纤直径为200nm或更小的阴离子纳米原纤纤维素。医用水凝胶可以是可模塑的，尤其是可手工模塑的，因此很容易将材料模塑成几乎适合任何类型的伤口。纳米原纤纤维素可以仅是阴离子纳米原纤纤维素，因此不存在其他类型的纳米原纤纤维素。纳米原纤纤维素也可以是医用水凝胶中唯一的原纤维、纤维、聚合物和/或有机物质，因此在这种情况下，除了纳米原纤纤维素之外，可以没有其他基质和/或增强材料。优选地，医用水凝胶不包含其他增强和/或类似基质的材料或结构，例如合成的，半合成的或天然的聚合物或其他化合物，例如胶原、蛋白质或肽或者其他生物聚合物或塑料聚合物。

纳米原纤纤维素的有用稠度相对较窄，在1–3.5％(w/w)的范围内。在这种稠度下，水凝胶含有适量的水，易于加工并且具有适用于本文所公开的多种医学用途的性质，尤其是用于促进深部伤口中的血管形成。水凝胶中纳米原纤纤维素的含量可以在1.1-3.5％(w/w)的范围内。取决于伤口的类型和尺寸，可能希望使用不破碎或不易破裂的水凝胶。在这种情况下，水凝胶中的纳米原纤纤维素的含量范围可以是1.1-3.3％(w/w)，或1.1-3.0％(w/w)，例如1.5-3.5％(w/w)，1.5-3.3％(w/w)或2.0-3.5％(w/w)。然而，另一方面，较低的浓度可能产生粘的但可能是柔性的凝胶，因此可以在伤口或易于移动的目标中保持得更好。当将水凝胶施用于深部伤口中时，发现特别重要的是使用具有上述稠度或纳米原纤纤维素含量的水凝胶，以避免损伤敏感的深部组织并促进深部组织中的血管形成。在测试中，发现稠度在2.0-3.5％(w/w)范围内的水凝胶可有利地用于大多数用途，包括手动模塑和制备预成形产品。在所述范围内，大多数深部伤口的愈合性能也特别好。

在一些情况中，例如对于3D打印应用和/或为了获得更易模塑、更坚韧、更不粘和/或更粘的水凝胶，可能需要使用更高稠度的纳米原纤纤维素，例如2.0-3.5％(w/w)，例如2.5-3.5％(w/w)。

包含纳米原纤纤维素的水凝胶的某些有利性质包括柔韧性、弹性和可重塑性。由于水凝胶含有大量水分，因此它也可以显示出良好的分子扩散和释放特性。例如，当水凝胶用作修复伤口的覆盖物或用于其他医疗应用时，例如用于递送、储存和控制生物活性剂时，这些性质是有用的。

柔性是许多应用中需要的特征，例如在医学应用中。例如，包含纳米原纤纤维素水凝胶的柔性贴剂和敷料可用于施用到皮肤上，例如用于覆盖伤口和其他损伤或伤害，例如灼伤。相关的所需特征是可模塑性，特别是当将水凝胶应用于深部伤口时。粘度通常与可模塑性相关。粘度必须足够高，以保持组合物的结构，但另一方面，粘度又必须足够低以具有可模塑性并防止凝胶破裂。此外，在最佳初始粘度下，假塑性产品的粘度在模塑过程中降低，以便于将凝胶模塑成所需形式。

为了处理深部伤口并增强深部伤口上的血管形成，可能需要特定的保水能力。一个实施方式提供了一种医用水凝胶，其中纳米原纤纤维素的保水值在20-70g水/g干水凝胶的范围内，优选23-50g水/g干水凝胶，例如25-35g水/g干水凝胶，更特别是小于30g水/g干水凝胶，例如20-29g水/g干水凝胶或25-29g水/g干水凝胶。保水值可以通过

(

重力测量保水性(Gravitometric Water Retention))方法测量。

本申请提出了制备医用水凝胶的方法，所述方法包括：

-提供阴离子改性的浆料，例如木浆料，

-使浆料崩解，直到获得平均原纤直径为200nm或更小的纳米原纤纤维素，

-任选地，在一个或多个非原纤化均质步骤中对崩解的浆料进行均化，和

-使纳米原纤纤维素形成为医用水凝胶，该医用水凝胶中纳米原纤纤维素的含量在1-3.5％(w/w)的范围内，例如1.1–3.5％(w/w)，例如2.0–3.5％(w/w)。该方法可以包括提供浆料和对浆料进行阴离子改性，优选地以获得所需的改性度，例如阴离子电荷。

该方法可包括使纳米原纤纤维素形成为医用水凝胶，该水凝胶的粘度范围为500-2200Pa·s，例如700-1800Pa·s或文中公开的其他粘度，该粘度是用粘度计在水凝胶浓度下，在37℃和0.1 1/s的剪切速率下测得的。

本文所述的医用水凝胶可通过该方法获得。

可以提供医用水凝胶，用于诱导伤口中的血管形成。更特别地，可提供医用水凝胶，用于处理真皮和/或下方组织的深部伤口，优选用于或通过诱导血管形成和/或用于活化成纤维细胞。所述医用水凝胶可以包装在密封包装或敷抹器中，并且任选地在试剂盒中提供。包装或试剂盒可包括将医用水凝胶用于特定目的和/或以特定方法(例如本文公开的方法)使用的说明。

健康皮肤包含三个主要成分或层，即表皮、真皮和皮下层。表皮主要含有角质形成细胞，主要负责皮肤的屏障功能，包括防止有害病原体进入身体。从外层到内层，表皮包括角质层、透明层、颗粒层、棘层和基底层。在基底层下方，可以在表皮和真皮之间找到连接层，称为基底膜区。真皮包含成纤维细胞和细胞外基质成分，例如胶原蛋白和弹性蛋白、血管、神经和附属结构。真皮包括两层，即乳头状真皮(上层)，其负责防止表皮和真皮之间的滑动以及向表皮提供氧气和营养；以及网状真皮(下层)，其主要负责皮肤的机械性能。皮下层，也称为皮下组织，主要包含脂肪组织。

纳米原纤纤维素

用于形成医用水凝胶的原料是纳米原纤纤维素，也称为纳米纤维素，是指分离的纤维素原纤或衍生自纤维素原料的原纤束。纳米原纤纤维素是基于自然界中丰富的天然聚合物。纳米原纤纤维素具有在水中形成粘性水凝胶的能力。纳米原纤纤维素的生产技术可以基于使纤维原料崩解，例如研磨纸浆纤维的水性分散体以获得纳米原纤化的纤维素。在研磨或均化过程后，得到的纳米原纤纤维素材料是稀释的粘弹性水凝胶。

由于崩解条件，所获得的材料通常以相对低的浓度均匀地分布在水中的形式存在。原料可以是浓度为0.2-10％(w/w)，例如0.2–5％(w/w)的水性凝胶。纳米原纤纤维素可以直接由纤维原料的崩解获得。市售的纳米原纤纤维素水凝胶的一个例子是UPM的

由于其纳米级结构，纳米原纤纤维素具有独特的性质，该性质使得常规纤维素无法提供的功能成为可能。然而，由于纳米级结构，纳米原纤纤维素也是具有挑战性的材料。例如，纳米原纤纤维素的脱水或处理可能是困难的。

纳米原纤纤维素可以由植物来源的纤维素原料制备，或者也可以源自某些细菌发酵过程。纳米原纤纤维素优选由植物材料制备。该原料可以基于含纤维素的任何植物材料。在一个例子中，原纤是从非薄壁(non-parenchymal)植物材料获得的。在这种情况下，原纤可以从次生细胞壁获得。这种纤维素原纤的一种丰富来源是木纤维。纳米原纤纤维素可以通过对来自木材的纤维原料进行均化制得，所述纤维原料可以是化学浆。纤维素纤维崩解以产生平均直径仅为数纳米的原纤，在大多数情况下该平均直径可以为200nm或更小，得到在水中的原纤分散体。来源于次生细胞壁的原纤基本为晶体，其结晶度至少为55％。这种原纤可以具有与源自初生细胞壁的原纤不同的性质，例如源自次生细胞壁的原纤的脱水可能更具挑战性。通常，在来自初生细胞壁的纤维素来源中，例如在甜菜、马铃薯块茎和香蕉叶轴(banana rachis)来源中，相比于原纤从木材释放中释放，微原纤从纤维基质中释放出来更加容易，并且崩解所需的能量更少。然而，这些材料仍然有些不均匀，并且由大的原纤束组成。

非木材材料可以来自农业残留物、草或其他植物物质，例如从棉花、玉米、小麦、燕麦、黑麦、大麦、稻、亚麻、大麻、马尼拉麻、剑麻、黄麻、苎麻、洋麻、西沙尔麻落麻(bagasse)、竹或芦苇得到的秸秆、树叶、树皮、种子、壳、花、蔬菜或果实。纤维素原料还可以源自产生纤维素的微生物。微生物可以是醋酸杆菌属(Acetobacter)、农杆菌属(Agrobacterium)，根瘤菌属(Rhizobium)、假单胞菌属(Pseudomonas)或产碱杆菌属(Alcaligenes)，优选是醋酸杆菌属，更优选是以下种：木醋杆菌(Acetobacter xylinumor)或巴氏醋杆菌(Acetobacterpasteurianus)。

已经发现，从木纤维素获得的纳米原纤纤维素优选用于本文所述的医学或科学产品。木纤维素可大量获得，并且针对木纤维素开发的制备方法使得能够生产适用于该产品的纳米原纤材料。通过使植物纤维，特别是木纤维原纤化而获得的纳米原纤纤维素在结构上与从微生物获得的纳米原纤纤维素不同，并且具有不同的性质。例如，与细菌纤维素相比，纳米原纤化的木纤维素是均匀且更为多孔和疏松的材料，这在涉及活细胞的应用中是有利的。通常使用细菌纤维素时不会像在植物纤维素中那样进行类似的原纤化，因此材料在这方面也有所不同。细菌纤维素是致密材料，容易形成小球体，因此该材料的结构是不连续的，因此可能不希望在与活细胞有关的应用中使用这种材料，特别是当需要该材料的均质性时。在一个实例中，纤维素是非细菌纤维素。

木材可以来自软木树如云杉、松树、冷杉、落叶松、花旗松或铁杉，或来自硬木树如桦树、白杨、杨树、桤木、桉树、橡树、山毛榉或刺槐，或者来自软木和硬木的混合物。在一个实例中，纳米原纤纤维素从木浆获得。纳米原纤纤维素可以从硬木浆获得。在一个实例中，硬木是桦木。纳米原纤纤维素可以从软木浆获得。在一个实例中，所述木浆是化学浆。化学浆对于本文公开的产品可能是期望的。化学浆是纯材料，可用于多种应用。例如，化学浆缺少机械浆中存在的树脂和树脂酸，并且它无菌程度更高或更容易灭菌。此外，化学浆柔性更高，并例如在医学和科学材料中提供有利的性质。例如，可以制备非常均匀的纳米原纤纤维素材料，而无需过多的处理或不需要特定的设备或费力的处理步骤。

包括纤维素原纤和/或原纤束在内的纳米原纤纤维素的特征在于高的纵横比(长度/直径)。纳米原纤纤维素的平均长度(如原纤或原纤束之类的颗粒的中值长度)可能超过1μm，在大多数情况下为50μm或更小。如果初级原纤没有完全彼此分离，则缠结原纤的平均总长度可以例如在1–100μm，1–50μm或1–20μm的范围内。但是，如果纳米原纤材料高度原纤化，则初级原纤可以完全或几乎完全分离，平均原纤长度会更短，例如在1–10μm或1-5μm的范围内。这尤其适用于天然级别的原纤，这些原纤不会例如在化学、酶促或机械作用下被缩短或消化。但是，强衍生化的纳米原纤纤维素的平均原纤长度可以更短，例如在0.3–50μm，例如0.3–20μm，例如0.5–10μm或1–10μm的范围内。特别是变短的原纤，例如酶促消化或化学消化的原纤，或经过机械处理的材料所具有的平均原纤长度可以小于1μm，例如0.1–1μm，0.2–0.8μm或0.4–0.6μm。可以例如使用CRYO-TEM、SEM或AFM图像在显微镜下估计原纤的长度和/或直径。

对于高度原纤化的材料，纳米原纤纤维素的平均直径(宽度)小于1μm，或小于或等于500nm，例如在1-500nm的范围内，但优选小于或等于200nm，甚至小于或等于100nm或者小于或等于50nm，例如，在1–200nm，2–200nm，2–100nm或2–50nm，甚至2–20的范围内。本文公开的直径可以指原纤和/或原纤束的直径。最小的原纤在初级原纤的级别上，平均直径通常在2-12nm的范围内。原纤的尺度和尺寸分布取决于精制方法和效率。在高度精制的天然纳米原纤纤维素的情况中，平均原纤直径(包括原纤束的直径)可以在2–200nm或5–100nm的范围内，例如在10–50nm的范围内。纳米原纤纤维素的特征在于具有大的比表面积和强的形成氢键的能力。在水分散体中，纳米原纤纤维素一般呈现为浅色或混浊的凝胶状材料。根据纤维原料，从植物(特别是木材)获得的纳米原纤纤维素也可含有少量的其它植物成分，特别是木成分，如半纤维素或木质素。该量取决于植物来源。

通常，根据TAPPI W13021，纤维素纳米材料可以分为几类，TAPPI W13021提供了纤维素纳米材料的标准术语。并非所有这些材料都是纳米原纤纤维素。两个主要类别是“纳米物体”和“纳米结构化材料”。纳米结构化材料包括直径为10–12μm且长径比(L/D)<2的“纤维素微晶”(有时称为CMC)，以及直径为10–100nm且长度为0.5–50μm的“纤维素微原纤”。纳米物体包括“纤维素纳米纤维”，其可以分为直径为3-10nm且L/D>5的“纤维素纳米晶体”(CNC)和直径为5–30nm且L/D>50的“纤维素纳米原纤”(CNF或NFC)。可以定义本文公开的纳米原纤纤维素不是或不包含纤维素微晶或纤维素纳米晶体。

可以基于三个主要特性对不同级别的纳米原纤纤维素进行分类：(i)尺寸分布、长度和直径；(ii)化学组成；和(iii)流变性质。为了完全描述级别，可以平行使用这些性质。不同级别的实例包括天然(或未化学改性的)NFC、氧化的NFC(高粘度)、氧化的NFC(低粘度)、羧甲基化的NFC和阳离子化的NFC。在这些主要级别中，还存在一些子级别，例如：极好的原纤化对比中等原纤化，高取代度对比低取代度，低粘度对比高粘度等。原纤化技术和化学预改性对原纤尺寸分布有影响。通常，非离子级别具有更宽的平均原纤直径(例如在10-100nm或10-50nm的范围内)，而化学改性级别则要细很多(例如在2-20nm的范围内)。改性级别的分布也更窄。某些改性，特别是TEMPO氧化，产生较短的原纤。

取决于原料来源，例如硬木浆与软木浆相比，最终纳米原纤纤维素产品中存在不同的多糖组成。通常，从漂白的桦木浆制备非离子级别，会产生高二甲苯含量(25重量％)。从硬木浆或软木浆制备改性级别。在这些改性级别中，半纤维素也与纤维素结构域一起被改性。该改性很可能是不均匀的，即，一些部分相比其他部分改性程度更高。因此，通常无法进行详细的化学分析，因为改性产物是不同多糖结构的复杂混合物。

在水性环境中，纤维素纳米纤维的分散体形成粘弹性水凝胶网络。该凝胶由分散和水合的缠结原纤在相对低浓度(例如0.05至0.2％(w/w))下就已经形成。NFC水凝胶的粘弹性可用例如动态振动流变学测量来表征。

纳米原纤纤维素水凝胶表现出特有的流变性质。例如，它们是剪切稀化或假塑性材料，其可以被认为是触变行为的特例，这意味着其粘度取决于使材料变形的速度(或力)。当在旋转流变仪中测量粘度时，观察到以下剪切稀化特性：随着剪切速率增加而粘度降低。水凝胶显示出塑性行为，这意味着在材料开始容易流动之前需要一定的剪切应力(力)。该临界剪切应力经常被称作屈服应力。屈服应力可由用应力控制流变仪测定的稳态流动曲线确定。当将粘度相对于施加的剪切应力作图时，可看到在超过临界剪切应力后粘度急剧下降。零剪切粘度和屈服应力是描述材料悬浮能力的最重要流变参数。这两个参数能够非常清楚地区分不同的级别，从而能对级别进行分类。

原纤或原纤束的尺寸取决于例如原料、崩解方法和崩解运行的次数。可采用任何合适的设备，如精制机、研磨机、分散器、均质机、磨碎机(colloider)、摩擦研磨机、销棒粉碎机(pin mill)、转子-转子解胶机、超声波破碎器、流化器(如微流化器、大流化器(macrofluidizer)或流化器型均质机)来对纤维素原料进行机械崩解。在存在足够的水以防止纤维间形成键的条件下进行崩解处理。

在一个实例中，通过使用具有至少一个转子、桨叶或类似移动机械构件的分散器进行崩解，所述分散器例如是具有至少两个转子的转子-转子解胶机(rotor-rotordispergator)。在分散器中，当桨叶以由半径(到转轴的距离)确定的圆周速度和旋转速度以相反方向旋转时，分散体中的纤维材料被转子的桨叶或拱肋从相反方向反复撞击。由于纤维材料在径向上向外转移，其撞在一个接着一个以高圆周速度从相反方向过来的桨叶(即拱肋)的宽表面上；换而言之，其受到来自相反方向的多次连续冲击。同样，在桨叶(即拱肋)的宽表面的边缘处(其边缘与下一个转子桨叶的相对边缘形成桨叶间隙)，出现剪切力，其有助于纤维的崩解并使原纤脱离。撞击频率取决于转子的旋转速度、转子的数量、各转子中桨叶的数量和分散体通过装置的流速。

在转子-转子解胶机中，纤维材料通过反向旋转的转子被引入，并且沿着相对于转子转轴的径向方向向外移动，使得所述材料反复受到由不同的反向旋转的转子引起的剪切和撞击力，并籍此而同时发生原纤化。转子-转子解胶机的一个实例是Atrex设备。

适于崩解的设备的另一实例是销棒粉碎机，例如多重外周销棒粉碎机。该设备的一个示例包括外壳，且在所述外壳内具有装配有碰撞表面的第一转子；与第一转子同心并装配有碰撞表面的第二转子，该第二转子被设置为以与第一转子相反的方向旋转；或与第一转子同心并装配有碰撞表面的定子。该设备包括位于外壳中并向转子或转子和定子的中央开放的进料孔，和位于外壳壁上并向最外部转子或定子的外周开放的出料孔。

在一个实例中，崩解通过使用均质机进行。在均质机中，纤维材料在压力的作用下均化。纤维材料分散体均化成纳米原纤纤维素是由分散体的强制通流引起的，这使得材料崩解为原纤。纤维材料分散体在给定的压力下通过窄通流间隙，其中，分散体线性速度的增加使分散体受到剪切力和撞击力，导致从纤维材料中移去原纤。纤维片段在原纤化步骤中崩解为原纤。

在本文中，术语"原纤化"一般指通过向颗粒作功(work)来机械崩解纤维材料，其中纤维素原纤从纤维或纤维片段中脱离。该功可基于各种作用，例如研磨、碾碎或剪切、或它们的组合，或者能够降低颗粒尺寸的其他相应的作用。表述“崩解”或“崩解处理”可与“原纤化”互换使用。

经历原纤化的纤维材料分散体是纤维材料和水的混合物，在本文中也被称为“浆料(pulp)”。纤维材料分散体一般可指与水混合的整个纤维、从中分离的部分(片段)、原纤束或原纤，并且一般地，水性纤维材料分散体是这类物质的混合物，其中组分之间的比例取决于加工程度或处理阶段，例如取决于同一批次纤维材料在处理过程中的进行处理的次数或“经历”次数。

表征纳米原纤纤维素的一种方式是使用含有所述纳米原纤纤维素的水性溶液的粘度。粘度可以是例如布氏(Brookfield)粘度或零剪切粘度。如本文所述，比粘度用来区分纳米原纤纤维素与非纳米原纤纤维素。

在一个实例中，用布氏粘度计(布氏粘度)或者其他对应设备来测量纳米原纤纤维素的表观粘度。合适地，使用桨式转子(vane spindle)(73号)。有几种市售的布氏粘度计可用于测量表观粘度，它们都基于相同的原理。合适地，在设备中使用RVDV弹簧(RVDVspring)(布氏RVDV-III)。用水将纳米原纤纤维素的样品稀释至0.8重量％的浓度，并混合10分钟。稀释的样品物质添加到250mL烧杯中，将温度调节至20℃±1℃，如果需要的话进行加热，并混合。使用10rpm的低转速。通常，布氏粘度可以在20℃±1℃，0.8％(w/w)的稠度和10rpm的条件下测量。

在该方法中，例如作为原料提供的纳米原纤纤维素可以通过其在水溶液中提供的粘度来表征。粘度描述了例如纳米原纤纤维素的原纤化程度。在一个实例中，纳米原纤纤维素在分散于水中时提供在20℃±1℃，0.8％(w/w)的稠度和10rpm条件下测得的至少2000mPa·s，例如至少3000mPa·s的布氏粘度。在一个实例中，纳米原纤纤维素在分散于水中时提供在20℃±1℃，0.8％(w/w)的稠度和10rpm条件下测得的至少10000mPa·s的布氏粘度。在一个实例中，纳米原纤纤维素在分散于水中时提供在20℃±1℃，0.8％(w/w)的稠度和10rpm条件下测得的至少15000mPa·s的布氏粘度。所述纳米原纤纤维素在分散于水中时在20℃±1℃，0.8％(w/w)的稠度和10rpm条件下测得的布氏粘度范围的实例包括2000–20000mPa·s，3000–20000mPa·s，10000–20000mPa·s，15000–20000mPa·s，2000–25000mPa·s，3000–25000mPa·s，10000–25000mPa·s，15000–25000mPa·s，2000–30000mPa·s，3000–30000mPa·s，10000–30000mPa·s和15000–30000mPa·s。

纳米原纤纤维素还可以通过平均直径(或宽度)或平均直径与粘度，以及屈服应力或储能模量一起来表征，所述粘度例如是布氏粘度或零剪切粘度。在一个实例中，适用于本文所述产品的纳米原纤纤维素具有在1-200nm或1-100nm范围内的平均原纤直径。在一个实例中，所述纳米原纤纤维素具有在1-50nm范围内，诸如2-20nm或5-30nm的平均原纤直径。在一个实例中，所述纳米原纤纤维素具有在2-15nm范围内的平均原纤直径，例如在(TEMPO)氧化的纳米原纤纤维素的情况中。

可用多种技术，例如使用显微镜来确定原纤的直径。可通过对场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、透射电子显微镜(TEM)(例如低温透射电子显微镜(cryo-TEM))或原子力显微镜(AFM)获得的图像进行图像分析来测定原纤粗度和宽度分布。通常，AFM和TEM最适合具有窄原纤直径分布的纳米原纤纤维素级别。

在22℃，可以用装配有窄间隙叶片几何结构(直径28mm，长度42mm)的应力受控的旋转流变仪(AR-G2，英国TA仪器公司(TA Instruments,UK))，在直径为30mm的圆筒形样品杯中对纳米原纤纤维素分散体的流变粘度进行测量。在将样品装载到流变仪之后，使它们静止5分钟，之后开始测量。用逐渐增加的剪切应力(其与施加的扭矩成比例)来测量稳态粘度，并测量剪切速率(其与角速度成比例)。在达到恒定剪切速率之后或者在2分钟的最大时间之后，记录某一剪切应力下的报道粘度(＝剪切应力/剪切速率)。当超过1000s^-1的剪切速率时，停止测量。该方法可用于确定零剪切粘度。

在一个实例中，纳米原纤纤维素(例如在该方法中作为原料提供)当分散在水中时提供在1000–50000Pa·s范围内、例如在2000–20000Pa·s范围内的零剪切粘度(在小剪切应力下恒定粘度的“平台”)，和在1-30Pa范围内、例如在3–15Pa范围内的屈服应力(开始剪切稀化时的剪切应力)，这些测量结果是通过旋转流变仪在22℃±1℃，0.5重量％(w/w)的稠度条件下在水性介质中确定的。在一个实例中，纳米原纤纤维素的零剪切粘度范围为5000–50000Pa·s，屈服应力范围为3–15Pa。这种纳米原纤纤维素还可以具有200nm或更小的平均原纤直径，例如在1-200nm的范围内。

在一个实施方式中，纳米原纤纤维素具有的原纤平均直径在1-200nm的范围内，和/或当分散在水中时，提供350Pa或更高的储能模量，例如在350-5000Pa的范围内，或优选350-1000Pa，屈服应力为25Pa或更高，例如在25-300Pa的范围内，优选25-75Pa，其由应力控制旋转流变仪确定，其中剪切应力在0.001–100Pa的范围内以10弧度/秒(rad/s)的频率逐渐增加，并且在2％应变和25℃下测定。

浊度是通常为肉眼不可见的个体颗粒(所有的悬浮或溶解固体)导致的流体的混浊或模糊。有几种测量浊度的实用方式，最直接的是测量光穿过水样柱时的衰减(即，强度的降低)。可以替代使用的杰克逊蜡烛法(单位：杰克逊浊度单位或JTU)本质上是反过来测量完全遮蔽穿过水柱所见的蜡烛火焰所需的水柱长度。

可以采用光学浊度测量仪器来定量测定浊度。存在一些市售用于定量测量浊度的浊度计。在本发明中，采用基于比浊法的方法。来自校准比浊计的浊度单位称作比浊法浊度单位(NTU)。用标准校准样品对测量设备(浊度计)进行校准和控制，然后对经稀释的NFC样品的浊度进行测量。

在一种浊度测量方法中，将纳米原纤纤维素样品在水中稀释至低于所述纳米原纤纤维素的胶凝点的浓度，测量稀释样品的浊度。测得纳米原纤纤维素样品的浊度的所述浓度为0.1％。采用具有50mL测量容器的HACH P2100浊度计(Turbidometer)来进行浊度测量。确定纳米原纤纤维素样品的干物质，将0.5g样品(以干物质计算)装载到测量容器中，其用自来水填充至500g，并通过振荡剧烈混合约30秒。立即将水性混合物分入5个测量容器中，将它们插入浊度计中。对每个容器进行3次测量。从所获得的结果计算平均值和标准偏差，最终结果单位为NTU单位。

表征纳米原纤纤维素的一种方式是既限定粘度又限定浊度。低浊度表示原纤的尺寸小，例如直径小，因为小原纤对光的散射很差。一般而言，随着原纤化程度增加，粘度增加并且同时浊度降低。然而，这种情况在达到某个点之后就不发生了。当继续进一步原纤化时，原纤最终开始破裂并且不能再形成牢固的网络。因此，在此点之后，浊度和粘度都开始下降。

在一个实例中，阴离子纳米原纤纤维素的浊度低于90NTU，例如3-90NTU，诸如5-60NTU，例如8-40NTU，这些数值是通过比浊法在0.1％(w/w)稠度下在水性介质中测得。在一个实例中，天然纳米原纤的浊度甚至可以高于200NTU，例如10-220NTU，诸如20-200NTU，例如50–200NTU，这些数值是通过比浊法在20℃±1℃，0.1％(w/w)稠度条件下在水性介质中测得。为了表征纳米原纤纤维素，可以将这些范围与纳米原纤纤维素的粘度范围组合，例如所述纳米原纤纤维素在分散于水中时提供在20℃±1℃，0.8％(w/w)的稠度和10rpm下测量的至少2000mPa·s，至少3000mPa·s，至少5000mPa·s，例如至少10000mPa·s，例如至少15000mPa·s的布氏粘度。

纳米原纤纤维素可以是未改性的纳米原纤纤维素或包含未改性的纳米原纤纤维素。未改性的纳米原纤纤维素的排液明显比例如阴离子级别更快。未改性的纳米原纤纤维素通常具有在20℃±1℃，0.8％(w/w)的稠度和10rpm下测得的2000–10000mPa·s范围内的布氏粘度。纳米原纤纤维素优选具有合适的羧酸含量，例如在0.6-1.4毫摩尔COOH/克的范围内，例如在0.7-1.2毫摩尔COOH/克的范围内，或在0.7-1.0毫摩尔COOH/克的范围内，或在0.8–1.2毫摩尔COOH/克的范围内，该羧酸含量通过电导滴定法测定。

崩解的纤维类纤维素原料可以是改性的纤维原料。改性的纤维原料是指纤维受处理影响从而使纤维素纳米原纤更易于从纤维上脱离的原料。通常对液体中悬浮物(即浆料)形式存在的纤维类纤维素原料进行改性。

对纤维的改性处理可以是化学、酶促或物理改性处理。在化学改性中，纤维素分子的化学结构通过化学反应(纤维素的“衍生化”)改变，优选使得纤维素分子的长度不受影响但官能团添加至聚合物的β-D-吡喃葡萄糖单元。纤维素的化学改性以某一转化度发生，该转化度取决于反应物的剂量和反应条件，原则上化学改性不完全，这样纤维素将保持为原纤的固体形式并且不溶于水。在物理改性中，阴离子型、阳离子型或非离子型物质或其任意组合物理性地吸附在纤维素表面上。

改性后，纤维中的纤维素尤其可以带离子电荷。纤维素的离子电荷削弱了纤维的内部键，随后将促进其崩解为纳米原纤纤维素。可以通过对纤维素进行化学或物理改性来获得离子电荷。与起始原料相比，改性后的纤维可以具有更高的阴离子或阳离子电荷。用于形成阴离子电荷的最常用化学改性方法是氧化(其中羟基被氧化为醛基和羧基)，磺化和羧甲基化。可能需要化学改性引入基团，例如羧基，其可以参与纳米原纤纤维素和生物活性分子之间共价键的形成。进而，可以通过使阳离子基团(例如季铵基团)连接至纤维素来进行阳离子化，从而以化学方式产生阳离子电荷。

纳米原纤纤维素可包括化学改性的纳米原纤纤维素，其通常可包括例如阴离子或阳离子改性。在一个实例中，纳米原纤纤维素是阴离子改性的纳米原纤纤维素。在一个实例中，纳米原纤纤维素不是阳离子改性的纳米原纤纤维素。在一个实例中，阴离子改性的纳米原纤纤维素是氧化的纳米原纤纤维素。在一个实例中，阴离子改性的纳米原纤纤维素是磺化的纳米原纤纤维素。在一个实例中，阴离子改性的纳米原纤纤维素是羧甲基化的纳米原纤纤维素。通过纤维素的阴离子改性获得的材料可以称为阴离子纤维素，其是指与未改性的材料相比，通过改性增加了阴离子基团(例如羧基)的量或比例的材料。作为羧基的替代或者补充，还可以将其他阴离子基团引入纤维素，例如磷酸根基团或硫酸根基团。这些基团的含量可以在与本文关于羧酸公开的范围相同的范围内。

纤维素可以被氧化。在纤维素的氧化中，纤维素的伯羟基可以通过杂环硝酰基化合物，例如通过N-氧基介导的催化氧化(例如2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基自由基，通常称为“TEMPO”)进行催化氧化。纤维素β-D-吡喃葡萄糖单元的伯羟基(C6-羟基)被选择性地氧化为羧酸基团。还从伯羟基形成一些醛基。关于这一发现，即低的氧化程度不能实现足够有效的原纤化而较高的氧化程度在机械破坏处理之后造成纤维素的降解，纤维素可氧化到一定的水平，即通过电导滴定测定的氧化纤维素中的羧酸含量为0.5–2.0毫摩尔COOH/克浆料，0.6–1.4毫摩尔COOH/克浆料，或0.8–1.2毫摩尔COOH/克浆料，优选1.0–1.2毫摩尔COOH/克浆料。当由此得到的氧化的纤维素的纤维在水中崩解时，它们提供个体化纤维素原纤的稳定透明分散体，该个体化纤维素原纤的宽度可以例如为3-5nm。当氧化的浆料作为起始介质时，可以得到在0.8％(w/w)稠度下测得的布氏粘度至少为10000mPa·s、例如在10000–30000mPa·s范围内的高度原纤化的纳米原纤纤维素。

在本公开中无论何时提及催化剂“TEMPO”，很明显所有涉及“TEMPO”的测量和操作都等同地或者类似地适用于TEMPO的任意衍生物或者任意能够选择性催化纤维素中C6碳的羟基基团的氧化的杂环硝酰基自由基。

本文公开的纳米原纤纤维素的改性也可以应用于本文描述的其他原纤纤维素级别。例如，高度精制的纤维素或微原纤纤维素也可以被类似地化学改性或酶促改性。但是，例如，材料的最终原纤化程度存在差异。

在一个实例中，这种化学改性的纳米原纤纤维素在分散于水中时提供在20℃±1℃，0.8％(w/w)的稠度和10rpm条件下测得的至少10000mPa·s，至少15000mPa·s或至少18000mPa·s的布氏粘度。所用的阴离子纳米原纤纤维素的例子的布氏粘度在13000–25000mPa·s或13000–20000mPa·s的范围内，或15000–20000mPa·s，这取决于原纤化的程度。

在一个实例中，纳米原纤纤维素是TEMPO氧化的纳米原纤纤维素。该材料在低浓度下提供高粘度，例如在20℃±1℃，0.8％(w/w)稠度和10rpm条件下测得的至少20000mPa·s、甚至至少25000mPa·s的布氏粘度。在一个实例中，TEMPO氧化的纳米原纤纤维素在20℃±1℃，0.8％(w/w)稠度和10rpm条件下测得的布氏粘度在20000–30000mPa·s的范围内，例如25000–30000mPa·s。

通常，未化学改性的纳米原纤纤维素在分散于水中时提供在20℃±1℃，0.8％(w/w)的稠度和10rpm条件下测得的至少2000mPa·s，或至少3000mPa·s的较低的布氏粘度。

用于增强制造工艺或者改进或调节产品性质的助剂可包含在纳米原纤纤维素分散体中。这些助剂可以溶于分散体的液相中，它们可以形成乳液或者它们可以是固体。助剂可以在制造纳米原纤纤维素分散体的过程中已经添加到原料中，或者添加到形成的纳米原纤纤维素分散体或凝胶中。助剂也可以添加到最终产品中，例如通过浸渍、喷洒、浸没、浸泡等方法添加到最终产品中。助剂通常不与纳米原纤纤维素共价结合，因此它们可以从纳米纤维素基质中释放出来。当使用NFC作为基质时，可以得到这些试剂的控释和/或缓释。助剂的实例包括治疗剂(药剂)和影响产品性质或活性剂性质的其它试剂，例如缓冲剂、表面活性剂、增塑剂、乳化剂等。在一个实例中，分散体含有一种或多种盐，其可以加入以增强最终产品的性质或促进在制造过程中从产品中除去水。盐的实例包括氯化盐，例如氯化钠、氯化钙和氯化钾。盐的含量可以为分散体中干物质的0.01-1.0％(w/w)。也可将最终产品浸入或浸泡在氯化钠溶液中，例如浸入或浸泡在约0.9％的氯化钠水溶液中。最终产品中所需的盐含量可以是湿产品重量的0.5-1％，例如约0.9％。可以提供盐、缓冲剂和类似试剂以获得生理条件。

可以包括多价阳离子以获得纳米原纤纤维素的非共价交联。一个例子提供了一种纳米原纤纤维素产品，其包含纳米原纤纤维素，特别是包含阴离子改性的纳米原纤纤维素，以及多价阳离子，例如多价金属阳离子，例如选自钙、镁、锌、铝、金、铂和钛的阳离子，其中纳米原纤纤维素通过多价阳离子交联。根据水凝胶的干含量计算，多价阳离子的量可以在0.1–3％(w/w)的范围内，例如0.1–2％(w/w)。

一个例子提供了一种制备这种水凝胶的方法，该方法包括提供浆料，将浆料崩解直至获得纳米原纤纤维素，将得到的纳米原纤纤维素形成为水凝胶。

可以将纳米原纤纤维素原纤化到所需的原纤化程度，并调节至所需的水含量，或进行其他改性，以使其形成具有如本文所述的所需性质的凝胶。在一个实例中，水凝胶中的纳米原纤纤维素是阴离子改性的纳米原纤纤维素。

用作医用或科学水凝胶的水凝胶需要是均匀的。因此，制备水凝胶的方法可以包括使包含纳米原纤纤维素的水凝胶均化，优选用均质化装置如本文所述的那些进行均化。利用这种优选的非原纤化均化步骤，可以从凝胶中除去不连续区域。获得具有用于应用的更好性质的均匀凝胶。水凝胶可以进一步灭菌，例如通过使用加热和/或辐射，和/或通过添加灭菌剂，例如抗微生物剂来进行灭菌。

物体的制造

本文公开的水凝胶还可被定制以适合特定伤口。水凝胶，尤其是纳米原纤纤维素含量在2–3.5％(w/w)范围内的水凝胶的可模塑性或可成形性使得可以制备这种预制或预成形的结构或产品，其可以根据特定需要进行定制。可以提供一个或多个制造设备，模具和/或其他设备或材料，例如用于控制制造设备和/或过程的计算机控制设备。当处理深部伤口并且不希望在伤口中模塑水凝胶以避免损伤或刺激深部组织时，提供预制或预成形产品可能是有用的。

可以是伤口敷料的预制结构可以例如通过模塑或通过使用增材制造来制造，增材制造通常被称为3D打印。增材制造是一种过程，其中材料在计算机控制下被接合或固化以产生三维物体。这可以在没有模具的情况下进行。可以例如通过使用和控制一个或多个用于提供或输出材料的喷嘴将材料逐层添加在一起。

这样的方法可能需要获得关于伤口或要在其上施用定制结构的其他损伤的三维结构的信息。该信息用于准备伤口和/或设计为适合伤口的物体的数字三维模型。因此，获得并可以提供被设计为适合伤口的物体的数字三维模型。这可以通过以下方式进行：首先使用3D扫描仪或其他用于获取目标(例如伤口或其他损伤)的三维信息的手段扫描目标，然后使用目标的三维信息创建目标的数字三维模型。数字三维模型可以配置为在用其他制造设备输出时产生所需物体，例如定制的伤口敷料。因此，在一个实例中，从伤口的3D扫描获得数字三维模型。伤口的三维模型可以包括整个伤口或其一部分的形状，或者与该形状相对应的形状。

因此，提供了一种用于制备定制伤口敷料的方法，该方法包括：

-提供医用水凝胶，

-获得设计为适合伤口的物体的数字三维模型，以及

-根据数字三维模型，通过增材制造由医用水凝胶制备三维物体，以获得定制为适合伤口的伤口敷料。

可以通过使用合适的成像设备或包括这种成像设备的系统来获得关于伤口或其他损伤的三维结构的信息，该设备或系统能够创建目标的三维图像或模型，也称为3D成像设备。成像设备可以是3D扫描设备。3D扫描是分析现实物体或环境以收集有关其形状以及可能的外观(例如颜色)的数据的过程。然后，收集到的数据可用于构建数字3D模型。3D扫描设备可以分为接触型和非接触型。在伤口的情况下可能不希望是接触型，因此本文使用的成像设备优选是非接触型，其可以是被动的或主动的。主动式扫描仪会发出声音、辐射或光，并检测其通过物体时的反射或辐射，以便探测物体或环境。可能使用的发射类型包括光、超声或x射线。主动式成像设备可以是例如3D激光扫描仪，诸如飞行时间、三角测量或锥镜激光扫描仪；或结构光或调制光3D扫描仪。被动式成像设备可以是例如立体视觉系统，例如包括两个照相机的立体视觉系统，或光度系统。

该方法可以包括提供3D成像设备，以及通过使用3D成像设备获得被设计为适合伤口的物体的数字三维模型。

该方法可以包括提供一种增材制造设备，例如3D打印机或其他合适的设备，其包括或构造成接收用于水凝胶的一个或多个容器，一个或多个喷嘴或类似输出装置，用于移动一个或多个喷嘴的一个或多个致动器，以及用于控制一个或多个喷嘴的移动的一个或多个控制单元，从而通过增材制造获得所需的物体。最终物体可以包含与被扫描对象如伤口的形状(完全或部分地)相对应的形状。

还可以制造具有预定形状的伤口敷料，例如设置为适合伤口的一般形状的一般形状。可以制造和/或提供一系列具有不同预定形状的伤口敷料，优选地设置成适合常见形状或类型的伤口。可以使用或可以不使用数字三维模型，并且在一个实例中，如先前所讨论的，不通过对现有伤口或特定伤口进行成像来获得三维模型。而是可以例如通过计算机设计作为通用模型来创建三维模型。还可以提供一种制造设备，该制造设备包括一个或多个用于模塑伤口敷料的模具，和/或用于制造这种通用产品。可以提供一系列具有不同形状的通用伤口敷料，优选包装在密封包装中，例如在试剂盒中，其可以进一步包含其他伤口敷料和/或愈合产品。

可以以最终伤口敷料所需的稠度将纳米原纤纤维素提供给制造设置，例如3D打印机。纳米原纤纤维素可以以浓度为1.5-3.5％(w/w)，2.0-3.5％(w/w)或2.5–3.5％(w/w)的分散体或水凝胶形式存在，或者浓度可以更低或更高，并且其被提供到容器中或在容器中，容器例如注射器、安瓿、瓶、管、盒或类似物，其可以被设计成附接到制造设备。

当3D打印纳米原纤纤维素时，该过程与常规3D打印过程不同。纤维素在加热时不会熔化，因此用于例如塑料、金属之类的打印材料的方法和设备可能不适用。可能必须使用特定的制造装置，例如基于注射器的装置，该装置可以使用一个或多个注射器。这种装置可以处理和打印液体、糊剂、凝胶或浆液，因此适用于纳米原纤纤维素水凝胶材料。该制造装置可以包含可操作地存储在配置为控制该装置的控制单元中的软件，或者该装置可以连接到包含该软件的外部控制单元，例如计算机。该软件并且因此该制造设备可以被配置为使用数字三维模型作为用于制造三维物体的模板。

纳米原纤纤维素作为剪切稀化或触变材料，其行为方式与增材制造中使用的常规材料不同。当对材料施加剪切力时，例如，当材料被混合、挤压和/或强制通过喷嘴时，纳米原纤纤维素凝胶表现出稀化行为，这有利于材料流向目标。然而，当材料已经被印刷或以其他方式从制造装置输出时，粘度将变回到先前的较高粘度状态。当在支持物上形成所需的医用水凝胶结构时，这可能会带来挑战，但也可能有助于3D打印过程和所需结构的可成形性。例如，水凝胶的剪切稀化或触变性可以为材料提供合适的开放时间，在该时间中可以将其模制并且可以形成期望的结构。通常不需要控制温度，例如，不必为了模制或凝固目的而加热和/或冷却材料，而是该过程可以在室温或环境温度下进行。

可以将医用水凝胶结构制造或印刷到支持物上，该支持物可以是金属、塑料或其他合适的材料，或者可以涂覆有不粘涂层、膜等。

可能需要干燥、沉降或固定输出的材料，因此该方法可以包含干燥、沉降或固定步骤。例如，真空或在压力下，和/或冷冻和/或加热可用于形成结构和/或使其脱水。干燥、沉降或固定可以仅针对最终结构进行，或者可以重复两次或更多次。当通过提供不止一层来进行增材制造时，可能需要在施加新的层之前让材料干燥、沉降或固定10–30分钟，例如大约15分钟。如果手动(例如使用注射器和注射针头)施加这些层，则可能需要在施加新的层之前让层干燥、沉降或固定更长的时间，例如30-60分钟。

制造装置的输出装置，例如喷嘴等，也可以起重要作用。输出装置的一个例子是注射器，并且发现优选地，每次应该使用新的和未使用的注射器。针，优选金属针，可以用作喷嘴。针可以是注射针等，例如大约16号针，其标称内径为1.194mm。通常，喷嘴的内径可以在0.3-3.0mm的范围内，例如0.3-2.0mm，例如0.3-1.5mm，0.4-1.5mm或0.4-1.3mm。

在增材制造之后，可能有必要使材料(即医用水凝胶)干燥、沉降或固定例如至少30分钟或至少60分钟。医用水凝胶在制造后可以至少储存两周，尤其是在冰箱温度(例如低于10℃，例如2-10℃或4-8℃)下储存时就是如此。医用水凝胶可以包装在密封包装中。

本申请提供了定制为适合伤口的伤口敷料，该伤口敷料包含定制为适合伤口的医用水凝胶。这种产品可以通过之前公开的增材制造方法获得。这种定制的伤口敷料在机械上是稳定的，并保持其形状。由于其是为适合伤口而定制的，因此将敷料施加到伤口上不会给患者带来不必要的痛苦或损害伤口。在这种情况下，可能无需对敷料进行手动模塑。

被定制为适合伤口的伤口敷料可以仅包含或主要包含本文公开的纳米原纤纤维素。然而，例如在大的和/或异形的伤口的情况下，可能包括敷料的支撑部分，例如内部部分或另一层涂覆有纳米原纤纤维素水凝胶的层。支撑部分不必须是实际水凝胶的一部分，它可以包含与水凝胶不同的材料，例如增强材料，例如非纳米原纤纤维素、塑料或其复合材料。

本申请提供一种含医用水凝胶的试剂盒，该医用水凝胶包装在一个或多个密封包装中，或者包装在一个或多个施用装置中，所述施用装置例如是注射器、敷抹器、泵或管。试剂盒可包括使用医用水凝胶在伤口中诱导血管形成和/或用于处理真皮和/或下方组织的深部伤口，优选用于诱导血管形成或用于本文公开的其他目的的说明书。

该试剂盒还包括一片或多片包含纱布和纳米原纤纤维素的医疗产品，其水分含量优选低于10％(w/w)，例如在1-10％(w/w)或5–10％(w/w)的范围内。这样的产品可以用于某种处理方法，该方法包括首先用本文公开的医用水凝胶覆盖伤口，温育、处理或等待一段时间，然后用包含纱布和纳米原纤纤维素的不同医疗产品替换该医用水凝胶。在这种情况下，可以开始伤口中的血管形成，并且在合适的时间之后，伤口中的状况会有所不同，并且可以将不同的医疗产品施用于伤口，这进而更好地促进了已经血管化的伤口的愈合。第一医疗产品，即水凝胶，可以在第一阶段从伤口吸收物质，例如有害物质，例如微生物、杂质、代谢产物等，这可以有助于愈合过程并使伤口对第二处理阶段中的第二医疗产品敏感。试剂盒可包括将医用水凝胶和一片或多片包含纱布和纳米原纤纤维素的医疗产品用于处理方法，例如用于在伤口中诱导血管形成和/或用于处理真皮和/或下方组织的深部伤口，优选用于诱导血管形成或用于本文公开的其他目的的说明书。

例如，试剂盒可以包括指导以下操作的说明书：

-将医用水凝胶施用于深部伤口，例如持续本文公开的时间段，

-从伤口去除医用水凝胶，以及

-将包含纱布和纳米原纤纤维素的医疗产品施用于伤口。

包含纱布和纳米原纤纤维素的医疗产品可以包括被纳米原纤纤维素浸渍的纱布。

可以提供本文公开的医用水凝胶以用于本文公开的任何方法，例如用于处理伤口的方法，特别是用于处理深部伤口的方法。该方法也可以是诱导血管形成的方法。待处理的对象可以是患者，例如人或动物对象或患者。

在一个实例中，一种方法包括：

-优选检查对象的真皮和/或下方组织的深部伤口，或检查需要处理真皮和/或下方组织的深部伤口的对象，

-提供本文公开的医用水凝胶，

-将医用水凝胶施用于深部伤口。施用后，医用水凝胶可在伤口中保留足以在伤口或伤口组织中提供血管形成和/或其他治愈作用的时间段。该时间段可以是例如至少1天，2天，3天，4天或5天，最多7、10或14天，例如1-14天，例如1-7天，1-5天，1-4天，1-3天，1-2天，2-14天，2-7天或6-168小时，例如12-168小时或24-168小时，在一些情况中，为6–48小时，例如6–24小时或6–12小时。

此后，即在所述时间段之后，可以将医用水凝胶从伤口移除，并且可以将第二伤口敷料施用于伤口。第二伤口敷料也可以包含纳米原纤纤维素，但是它可以是不同类型的。第二伤口敷料可包含纳米原纤纤维素层，并且优选地包括纱布层，或者其可包含被纳米原纤纤维素浸渍的纱布。第二伤口敷料可以在伤口中保持至少6小时或至少12或24小时，或至少1天，2天，3天，4天或5天，最多7天，例如持续12–168小时，12–72小时，12–48小时或6–24小时。在移除先前的伤口敷料之后，可以施加一个或多个其他伤口敷料。在从伤口移除医用水凝胶后，还可以使用类似的新的或未使用的水凝胶或其他材料和/或方法再次处理伤口，例如使用外科手术方法，例如施加皮肤移植物和/或缝合线。

在一个实例中，一种方法包括：

-优选检查对象的真皮和/或下方组织的深部伤口，或检查需要处理真皮和/或下方组织的深部伤口的对象，

-提供本文公开的医用水凝胶，

-将医用水凝胶施用于深部伤口，优选持续本文公开的时间段，

-从伤口去除医用水凝胶，以及

-将包含纱布和纳米原纤纤维素的医疗产品，例如被纳米原纤纤维素浸渍的纱布，施用于伤口。

本申请还提供了用于所述方法的医用水凝胶。

实施例

实施例1

在进展到慢性伤口模型研究之前，在健康小鼠体内，在带夹板的全层皮肤切除模型中，对NFC衍生的生物材料，特别是阴离子NFC(ANFC)为hASC提供最佳支架的潜力以及hASC和ANFC是否共同促进伤口愈合进行了体内研究。在该模型中，伤口被硅酮环围绕，该硅酮环通过缝合线连接到皮肤，以防止伤口收缩。该模型模拟人的伤口愈合过程，其中伤口修复主要通过肉芽组织形成和再上皮形成来进行。目的是避免使用其他粘附蛋白进行细胞移植。在本研究中，ANFC与天然NFC一起进行了测试。NFC敷料的安全性在先前的研究中已经得到证明，而天然NFC敷料也显示出对新形成的皮肤结构的极化的改善(图1)。

图1显示了用NFC敷料(1型敷料)处理的人源化小鼠伤口的组织病理学评估。(A)未经处理的损伤(动物71NT)：真皮开始以细小的，杂乱无章的胶原纤维出现，其中充满炎性细胞浸润。皮下层存在很少的脂肪细胞，并且还含有免疫细胞浸润。免疫炎性细胞也存在于杂乱无章的肌肉层中，覆盖了整个区域。这表明再生的早期过程如预期的那样从较低的层开始，在再生过程中皮肤的所有层均出现急性炎症。(B)1型敷料处理过的损伤(动物71T)：真皮层含有平行组织的胶原纤维，在所有真皮层中都有大量的免疫细胞浸润。皮下具有脂肪细胞，并开始与一些胶原纤维组织，但随着恢复以及与被胶原纤维填充的脂肪细胞进行组织，仍包含炎性和免疫细胞，但周围仍有一些血细胞。肌肉得以恢复和填充，没有剩余的免疫细胞浸润。Ar：动脉；Col：胶原蛋白；Ep：表皮；Hp：含脂肪的皮下层；IIC：炎性浸润细胞；Ms：肌肉；V：静脉。

对于研究ANFC和hASC对愈合过程的影响以及ANFC作为细胞支架的适用性的伤口愈合实验，用异氟烷麻醉小鼠(4-5％，5l/分钟用于诱导，1-2％，1l/分钟用于在手术期间维持)。从脊柱两侧大约2cm²的区域刮去动物的背毛，并用氯己定消毒皮肤。在刮过的背表面上，使用活检打孔器形成两个6mm全层伤口，分别在脊柱两侧，距脊柱约0.5cm，并且位于与肋骨架水平的位置。然后使用8字缝合将硅酮环缝在切口周围的皮肤表面上，以防止伤口收缩。动物研究中使用的所有试剂和材料都是通过无菌方法制造的。

使用随机化将小鼠分为不同的研究组(每组每个时间点N＝4)。用PBS处理的“假”组用作对照。所有组的样品大小计算如下：

当处理没有不同时得出处理有所不同的几率(1类错误率)＝5％

变异系数，CV＝15％

预期或想要检测的效应大小，d＝25％

重复次数，r＝15.7*(CV/d)²，因此r＝5.65＝6。

每个处理组提供六个伤口。在每只动物上创造两个伤口，因此每个处理组需要4只动物。在3个时间点分析4种处理，其中4只动物x3组x3个时间点＝36只动物。通过提供健康小鼠(n＝36)进行处理，其中n＝12/组×3组。将动物分到假对照(n＝12)，ANFC(n＝12)和hASC(n＝12)这些处理组中的一组。仅将hASC(100μl，1x107个细胞/cm²伤口面积)作为局部处理物注射到伤口床上。

伤口开始接受处理后，用透明膜和纱布保护伤口，并用绑在动物身上的弹性绷带覆盖。在研究开始之前，将动物圈养在温暖的环境中，并每天根据小鼠面部疼痛表情量表(Mouse Grimace scale)和指定兽医认同的经修改的计分表进行监控和评分。

观察伤口愈合的进展并照相，并计算伤口愈合速率直至伤口闭合。在第3、7和21天，麻醉小鼠，从伤口上切下矩形试样，分成两半用于组织学研究或制备组织蛋白裂解物。手术后，处死动物。

将组织学皮肤样品在10％福尔马林中于+4℃固定过夜，洗涤，在二甲苯中澄清，并包埋在石蜡中。使用切片机将石蜡样品切成片，并固定在载玻片上进行免疫组织化学染色。苏木精和曙红(H&E)染色用于评估再上皮化，马森三色染色用于评估肉芽组织形成。特定的标记抗体用于染色以研究表皮的闭合(角蛋白K14)，以及用增殖核抗原(PCNA)的表达来检测表皮的增殖。将通过用内皮细胞标记物CD31和α-平滑肌肌动蛋白(α-SMA)对样品进行染色以检测血管网络来检查血管生成。用抗F4.80和Gr-1的抗体研究免疫细胞对伤口的浸润，以分别检测巨噬细胞和嗜中性粒细胞。用针对人核抗原(HNA)的抗体检测移植的hASC，以研究其与宿主组织的整合。为了研究体内hASC的GF旁分泌，通过用合适的抗体及HNA双重染色研究包括VEGF、FGF2和HGF在内的GF，以证明hASC在宿主组织中的生物活性。

为了制备组织蛋白裂解物，将组织样品在液氮中速冻，然后在含有蛋白酶抑制剂和磷酸酶抑制剂的RIPA缓冲液中均化。对蛋白裂解物进行Western印迹分析，以研究GF(包括VEGF，FGF2和HGF)的表达，将它们标准化为β-Actin表达，以进一步确认hASC的旁分泌信号传导机制。

两组之间的统计差异通过斯氏t检验进行评估，多于两个的组之间的比较采用单向方差分析(ANOVA)，然后进行Tukey多重比较检验。使用斯皮尔曼(Spearman)相关性测试分析了不同数据集之间的相关性。

结果

如图2所示，在进行的实验中，显示与未化学改性的纳米原纤纤维素(GrowDex)和对照样品(未处理)相比，阴离子纳米原纤纤维素(ANFC)水凝胶促进了伤口敷料。尤其研究了材料对伤口中预血管形成的影响，这种预血管形成在深部伤口(如真皮或真皮下方伤口)中是理想的。

除了伤口敷料外，还证实在实验的第7天(d7)，通过a-SMA染色，与对照样品相比，ANFC水凝胶刺激了成纤维细胞活化(图3)。用3.2％(w/w)阴离子纳米原纤纤维素处理的伤口可明显看到染色，而未化学改性的纳米原纤纤维素(GrowDex)的情况中则不可见。因此，基于这些实验，可以得出结论：ANFC水凝胶对于成纤维细胞活化是有益的，因此导致组织中血管的形成。

图3显示了刺激成纤维细胞活化的结果。如图所示，可以看出，3.2％(w/w)阴离子纳米原纤纤维素(ANFC)水凝胶比未化学改性的纳米原纤纤维素和对照样品(未处理)更能刺激成纤维细胞活化。图3A显示了α-SMA染色d7:不同材料中成纤维细胞的活化。图3B是呈现不同材料中α-SMA染色强度的图。

在比较测试中，注意到包含5.3％(w/w)纳米原纤纤维素的阴离子纳米原纤纤维素水凝胶没有提供血管形成作用，并且水凝胶易于干燥。然而，包含2.65％(w/w)纳米原纤纤维素的类似水凝胶确实增强了预血管形成，并且材料保持湿润。通常，发现约3％(w/w)的百分比是有利的，因此大多数测试是在约3.2％(w/w)纳米原纤纤维素的浓度下进行的。

然而，如果凝胶的浓度太低，则水凝胶的可模塑性将降低。低于1％(w/w)的纳米原纤纤维素浓度不是非常有用，特别是当使用增材制造时这种材料的可印刷性很差。在大多数情况下，并且也是就增材制造而言，至少2％(w/w)的浓度是有利的。

总之，NFC水凝胶及其衍生物因为促进hASC细胞的生长和培养特性，是支架的重要材料。基于NFC的敷料促进了宿主组织促进组织修复的生物活性。通过促进伤口愈合，NFC水凝胶和/或敷料为伤口愈合提供了一种新的有效处理。

实施例2：鸡测试

通过使用鸡肉块作为测试对象来检查不同水凝胶的可模塑性和稳定性。对鸡造成大而深的伤口，并用纳米原纤纤维素水凝胶覆盖。将NFC批号11428和11473施用到伤口中。

可以通过手动拍打将包含3.27％(w/w)NFC的阴离子纳米原纤纤维素水凝胶模塑到伤口中(图4A)，该水凝胶也几乎完全从伤口上脱落。去除的凝胶的形状再现了伤口的形状(图4B)。但是，凝胶的结构略有些碎裂，并且在伤口中留下了小块，但是这些小块很容易用水冲洗掉。该凝胶对外部水的耐受性优于2.65％的凝胶。

包含2.65％(w/w)NFC的阴离子纳米原纤纤维素水凝胶可通过很轻微的拍打而顺利地模塑到伤口中(图5A)。但是，由于该凝胶发粘且具有粘合性，因此很难从伤口上去除。去除的凝胶的形状(图5B)不像3.27％的凝胶那样再现伤口的形状。留在伤口中的物质可用大量水冲洗。

实施例3：测量

流变测量

用配备有用于温控的Peltier系统的HAAKE Viscotester iQ流变仪(德国卡尔斯鲁厄的赛默飞世尔公司(Thermo Fisher Scientific，Karlsruhe，Germany))在37℃进行流变测量。用HAAKE RheoWin 4.0软件(赛默飞世尔公司)分析结果。在所有测量中使用平行的35mm直径的钢板-板几何形状，具有1mm的间隙。在每次测量之前，使样品在37℃静置5分钟。进行受控应力幅度扫描以确定不同NFC水凝胶制剂的线性粘弹性区域。在所有幅度扫描中使用恒定角频率ω＝1Hz和在0.0001–500Pa之间的振荡应力。为频率扫描选择的振荡应力为τ＝50Pa。通过将剪切速率从0.1增加到1000l/s来测量剪切粘度。

在剪切速率0.1 1/s下测量了3.2％(w/w)阴离子纳米原纤纤维素的剪切粘度(在自身浓度下)。粘度值为1750Pa·s。

保水能力

根据以下过程测量保水能力。

(

Akademi重力测量保水性(

Akademi Gravitometric WaterRetention))是

Akademi开发的涂布色静态保水方法。

-水凝胶是一种为

设备开发的水凝胶保水能力方法。

测量在一定时间和压力下通过膜箔的样品的液相量。计算水凝胶中的吸水量。

设备用于测量。该设备包含金属圆筒、平衡塞和橡胶测量基座。使用沃特曼(Whatman)17CHR印迹板和沃特曼核孔(Whatman Nucleopore)0.4μm膜箔，直径47mm，以及秒表和分析天平(精确度0.0001g)。

通过将样品在105℃的温度保持4小时，在烘箱中测定水凝胶的干含量。在干燥之前和之后测定水凝胶的重量。将印迹板切成57mm×57mm的片。

测量过程如下。

待测量的水凝胶用勺子完全混合。连接压缩空气并调节至0.5bar(巴)作为

设备的测量压力。在橡胶测量基座上设置两片平衡印迹板，导线侧向上。膜箔光泽表面朝上放置在印迹板上。金属圆筒放在过滤器上。

将约5g水凝胶计量加入圆筒中，并通过将平衡塞放入测量圆筒中几秒来对膜进行表面敷料。橡胶测量基座设有过滤器和圆筒到设备的测量台上，测量台被抬起(圆筒)。

将橡胶塞固定到位，连接压力(压力)并启动秒表。使压力相互作用3分钟，然后断开压力(压力)，测量台下降(圆筒)，橡胶测量基座从测量台中取出。从印迹板上取下带有膜箔的圆筒，并以0.1g的精度称重印迹板。

进行两次平行测量。如果测试结果彼此相差超过5％，则应进行更多的平行测量(最多3次测量/样品)。

计算和报告结果

X水凝胶保水能力，g/g

A水凝胶湿重，g

B水凝胶干重，g

a印迹板湿重，g

b印迹板干重，g

C水凝胶干含量

水凝胶保水能力测试结果是两次平行测量的平均值。测量精度为0.1g/g。如果测试结果彼此相差超过5％，则应进行更多的平行测量(最多3次测量/样品)。

对于3.2％(w/w)阴离子纳米原纤纤维素水凝胶，测得的保水值为28.5g水/g干水凝胶，发现其在用于深部伤口和诱导血管形成的测试中特别有利。

Claims (15)

1.一种制备可模塑医用水凝胶的方法，所述方法包括：

-提供阴离子改性的浆料，例如木浆料，或

-提供浆料，例如木浆料，并对浆料进行阴离子改性，

-使阴离子改性的浆料崩解，直到获得平均原纤直径为200nm或更小的纳米原纤纤维素，

-在一个或多个非原纤化均质步骤中对崩解的阴离子改性的浆料进行均化，

-使纳米原纤纤维素形成为可模塑医用水凝胶，所述可模塑医用水凝胶的纳米原纤纤维素含量在2–3.5％(w/w)的范围内，例如2.5–3.5％(w/w)，其粘度在500-2200Pa·s的范围内，例如在700-1800Pa·s的范围内，所述粘度是用粘度计在水凝胶浓度下，在37℃和0.11/s的剪切速率下测得的。

2.一种包含纳米原纤纤维素的可模塑医用水凝胶，其中，水凝胶中纳米原纤纤维素的含量在2–3.5％(w/w)的范围内，所述纳米原纤纤维素包括平均原纤直径为200nm或更小的阴离子纳米原纤纤维素，其中，所述水凝胶的粘度在500-2200Pa·s的范围内，所述粘度是用粘度计在水凝胶浓度下，在37℃和0.1 1/s的剪切速率下测得的。

3.如权利要求2所述的可模塑医用水凝胶，其中，水凝胶中纳米原纤纤维素的含量在2.5-3.5％(w/w)的范围内。

4.如权利要求2或3所述的可模塑医用水凝胶，其中，所述水凝胶的粘度在700-1800Pa·s的范围内，所述粘度是用粘度计在水凝胶浓度下，在37℃和0.1 1/s的剪切速率下测得的。

5.如权利要求2-4中任一项所述的可模塑医用水凝胶，其中，所述纳米原纤纤维素的保水值在20-70g水/g干水凝胶的范围内，优选23-50g水/g干水凝胶，该保水值通过

(

Akademi重力测量保水性)方法测得。

6.如权利要求2-5中任一项所述的可模塑医用水凝胶，其中，所述纳米原纤纤维素当分散在水中时提供的零剪切粘度在1000–50000Pa·s的范围内，例如在2000-20000Pa·s的范围内，提供的屈服应力在1–30Pa的范围内，例如在3–15Pa的范围内，其是通过使用旋转流变仪在22℃±1℃下，稠度为0.5重量％(w/w)的条件下在水性介质中确定的。

7.如权利要求2-6中任一项所述的可模塑医用水凝胶，其通过如权利要求1的方法得到。

8.如权利要求2-7中任一项所述的可模塑医用水凝胶，其用于在伤口中诱导血管形成，所述伤口例如是真皮和/或下方组织的深部伤口。

9.如权利要求2-7中任一项所述的可模塑医用水凝胶，其用于处理伤口，例如真皮和/或下方组织的深部伤口，用于活化成纤维细胞。

10.如权利要求2-7中任一项所述的可模塑医用水凝胶，其用于利用一种方法来处理真皮和/或下方组织的深部伤口，例如用于活化成纤维细胞，所述方法包括：

-将可模塑医用水凝胶施用于深部伤口，优选持续至少6小时，12小时或24小时，

-从伤口去除所述可模塑医用水凝胶，以及

-将包含纱布和纳米原纤纤维素的医疗产品，例如被纳米原纤纤维素浸渍的纱布，施用于伤口。

11.一种制备定制伤口敷料的方法，所述方法包括：

-提供如权利要求2-10中任一项所述的可模塑医用水凝胶，

-获得设计为适合伤口的物体的数字三维模型，以及

-根据数字三维模型，通过增材制造由所述医用水凝胶制备三维物体，以获得定制为适合伤口的伤口敷料。

12.如权利要求11所述的方法，其中，从伤口的3D扫描获得数字三维模型。

13.一种定制为适合伤口的伤口敷料，所述伤口敷料包含如权利要求2-10中任一项所述的可模塑医用水凝胶，其定制为适合伤口，优选通过如权利要求11或12所述的方法获得。

14.一种含有如权利要求2-10中任一项所述的可模塑医用水凝胶的试剂盒，所述医用水凝胶包装在一个或多个密封包装中，或者包装在一个或多个施用装置中，所述施用装置例如是注射器、敷抹器、泵或管。

15.如权利要求14所述的试剂盒，其还包括一片或多片包含纱布和纳米原纤纤维素的医疗产品，例如，被纳米原纤纤维素浸渍的纱布，其水分含量优选低于10％(w/w)。

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