CN116650707A - 一种可光固化4d打印自粘附形状记忆强韧水凝胶制件及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种4D打印自粘附形状记忆强韧水凝胶制件及其制备方法和应用，涉及打印液态树脂材料技术领域。该方法包括将功能单体与抗菌胶束交联剂、基于丙烯酸酯的交联剂以及光引发剂混合配成打印树脂溶液，经光固化3D打印后，获取三维结构的水凝胶制件。本发明通过DLP 3D打印技术实现高精度，高复杂度和更快速度的制造。

Description

一种可光固化4D打印自粘附形状记忆强韧水凝胶制件及其制 备方法和应用

技术领域

本发明属于材料技术领域，涉及打印液态树脂材料的制备，具体涉及一种可光固化4D打印自粘附形状记忆强韧水凝胶制件及其制备方法和应用

背景技术

4D打印是一种将3D打印技术与智能可变形材料相结合的新兴技术，即在外界环境变化(温度、湿度、酸度、光等)的刺激下，3D打印的结构能对刺激做出响应而改变自身形状、功能及其特性等。4D打印一般是通过响应性智能软材料实现的，尤其是以水凝胶和形状记忆聚合物为代表的材料，迄今为止已广泛应用于各个领域，包括智能设备、折纸技术、组织工程、超材料、生物医学等。

4D打印的基本组成部分是3D打印技术、环境刺激、刺激响应材料、交互机制和数学建模，这些元素使4D打印结构能够随着时间的推移有针对性和可预测的演变。常见的3D打印技术均可应用于4D打印中；外界刺激：需要刺激来触发4D打印结构的形状/特性/功能的改变。迄今为止，研究人员在4D打印中使用的刺激包括水、加热、磁场、电场等。刺激的选择取决于特定应用的要求。

2009年国际增材制造技术委员会(ASTM)对不同的3D打印技术进行了定义和分类，常用的挤出式3D打印技术如FDM和DIW等受限于喷嘴等物理尺寸的限制，精度不高。随着对复杂结构个性化植入器件和高精度医疗器械的要求越来越高，势必需要更高精度的3D打印技术。而利用光聚合构建三维结构的3D打印技术(SLA、DLP)，不受喷嘴等物理尺寸的限制，可用来制备复杂的具有超细特征的结构，其精度可以达到几微米到数百纳米，是非常理想的3D打印技术。DLP 3D打印技术是对SLA打印技术的一种发展。原理与SLA基本一致，都是利用光选择性交联光敏树脂来逐层构建所设定的三维结构。SLA技术是利用点光源在每一层中逐点曝光然后固化光敏树脂，而DLP 3D打印技术是通过一次性投影整个平面的数字图像进行曝光从而固化光敏树脂，即通过DMD的控制将面光源投影成一个图形，一个图形一次曝光成型。该结构的每一层的信息以黑白图像的形式提供这种二进制模式是通过DMD呈现的，因为结构的每个层(切片)是在一个曝光步骤中产生的，基于这样的优点，无论整个平面还是只有一部分曝光，所花费的时间都是相同的，因此DLP 3D打印的打印速度只与切片层数有关，而SLA 3D打印技术的打印速度还取决于光斑的大小和光斑的移动速率，从而DLP 3D打印相较于SLA 3D打印能够缩短打印时间，是集高精度、高复杂度、快速制造于一身的理想型3D打印技术。

水凝胶是一种亲水性三维交联聚合物网络，具有良好的生物相容性，已广泛应用于组织工程、柔性电子、药物传递等领域。目前已经有一些研究团队利用DLP 3D打印技术做出一些优秀的工作来进行水凝胶的4D打印。

皮肤作为身体的第一道屏障，在生理上对保护内部器官和组织免受外部伤害以及调节体温和至关重要。受伤的皮肤可能导致疼痛和感染，给病人和医疗系统带来相当大的压力。慢性伤口由于血液循环不良，导致伤口处氧气和营养供应不足，成纤维细胞增殖能力低，胶原生成减少而很难被愈合。此外，活化的巨噬细胞的浸润延长了炎症环境下慢性创伤的炎症时间，并产生IL-1β和TNF-α等促炎症细胞因子，缺氧和不平衡的炎症环境也增加了免疫细胞中活性氧的生成，导致细胞外基质的降解和皮肤组织的持续损伤。考虑到所有这些因素，智能伤口敷料的开发在过去十年中被研究者们格外关注。

伤口敷料是伤口愈合过程的关键部分，它能够覆盖在组织损伤区周围，形成一个屏障，保护伤口不受污染，保持适当的湿度水平，防止体液和蛋白质流失以及阻止细菌侵入引起炎症，并促进愈合过程。早期的传统型皮肤敷料主要为纱布、创可贴等，其构成成分为棉织品或棉织品与胶布的复合材料，该类型的敷料虽然制备简单，价格低廉，但其生物学性能并不能达到皮肤修复所需要的要求，其在撕扯过程中也有可能对皮肤造成二次伤害。另外，由于创可贴外层的胶布不透气，过久地使用会引起伤口和伤口周围地继发感染。此外，传统的伤口敷料存在一个被忽略的根本性问题，即与不规则创面轮廓不匹配，造成创面不能被完全覆盖或过度覆盖，都会导致不良的治疗效果。

为了在理化性能和生物学性能方面同时满足临床中敷料的要求，复合型皮肤敷料成了当下的研究热点，人们期望该敷料可以模仿人类皮肤的结构特点，能够与伤口的形状和深度相互匹配，能够适应皮肤缺损修复的生理需求，具有必要的通透性(透明、透气及透水功能)，有效防止蛋白质、电解质和热量大量流失，抗菌，无毒性，无抗原性，减小创面，临床效果优于任何一种传统敷料。随着生物医学材料的进一步发展，人们逐渐认识到功能化水凝胶可能是伤口敷料的理想载体。事实证明，水凝胶的透明物理特性有利于监测伤口愈合的进度，其多孔性使伤口区域的皮肤保持良好的通风，其水肿特性使其能够吸收伤口的渗出物。此外，它的可编程特性将使它能够根据不同的需要携带亲水甚至疏水的药物，从而对伤口产生治疗效果。

有研究表明，伤口收缩不足是慢性伤口难以愈合的一个重要原因，因此人工促进伤口收缩可能是一个有效的治疗选择。已经有一些研究探讨了物理收缩伤口的敷料，为伤口敷料的设计提供了新的可能性，如赵和他的同事在2021年的研究，使用外部预拉伸的聚乳酸片，使伤口敷料具有向内收缩的趋势，在粘附皮肤的同时将伤口拉小，是一项非常具有前瞻性的工作。不过，制作起来不方便，需要给两层结构事先施加外力。另外，与水凝胶不同，聚合物贴片在药物装载和透气性方面仍有不足之处。也有一些关于水凝胶基伤口敷料用于物理收缩伤口的研究，在收缩力方面不如预拉伸的聚合物贴片，但在整体功能方面更优。然而，由于水凝胶的制备多为热固性成型，需要模具制造，除了在脱模过程中可能出现破损外，热固性成型过程中水分的蒸发也会使水凝胶的含水量打折扣。此外，模具制造需要更加灵活，才能生产出适应各种复杂形状和深度伤口的伤口敷料，而且还有改进的余地。

发明内容

为了解决上述背景技术中存在的不足，主要针对传统的伤口敷料存在一个被忽略的根本性问题，即与不规则创面轮廓不匹配，造成创面不能被完全覆盖或过度覆盖，都会导致不良的治疗效果。本发明提供一种可光固化4D打印自粘附形状记忆强韧水凝胶制件及其制备方法和应用，将水凝胶制件作为伤口敷料，它能够主动粘附和通过体温的激发进行伤口收缩，能够显著缩小伤口面积，具有强韧的力学性能，适用于大活动关节处的创面，并能够有效调节炎症反应，促进伤口愈合，并通过DLP 3D打印技术实现高精度，高复杂度和更快速度的制造。为促进慢性伤口的恢复带来更多的可能性，减少患者的生理上的痛苦，提高生活质量，减少因生理痛苦引发的心理疾病的可能性。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种用于制备4D打印自粘附形状记忆强韧水凝胶制件的组合物，所述组合物包括：功能单体与抗菌胶束交联剂、基于丙烯酸酯的交联剂以及光引发剂；所述功能单体为N-异丙基丙烯酰胺。

优选的，所述抗菌胶束交联剂为PF127或载有姜黄素的PF127。

优选的，所述载有姜黄素的PF127是将姜黄素和PF127聚合物溶于二氯甲烷中，经自组装成胶束而制得。

优选的，所述光引发剂为(2,4,6-三甲基苯甲酰基)二苯基氧化膦或苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)磷酸锂盐。

优选的，所述基于丙烯酸酯的交联剂包括聚乙二醇双丙烯酸酯，或者由盐酸多巴胺和聚乙二醇双丙烯酸酯反应制得的交联剂。

优选的，所述功能单体与抗菌胶束交联剂、基于丙烯酸酯的交联剂以及光引发剂质量比为(55～70)：(7～11)：(20～30)：1。

本发明第二方面提供一种上述的组合物在制备4D打印自粘附形状记忆强韧水凝胶制件中的应用。

本发明第三方面提供一种4D打印自粘附形状记忆强韧水凝胶制件，所述水凝胶制件由包含上述组合物的原料经光固化3D打印而制得。

优选的，包括以下步骤：

将功能单体与抗菌胶束交联剂、基于丙烯酸酯的交联剂以及光引发剂混合配成打印树脂溶液，经光固化3D打印后，获取三维结构的水凝胶制件。

本发明第四方面提供一种4D打印自粘附形状记忆强韧水凝胶制件作为伤口敷料的应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的一种可光固化4D打印自粘附形状记忆强韧水凝胶制件及其制备方法和应用，具体开发了一种适应伤口形状和深度、快速制造、高精度、能够体温响应收缩伤口、抗菌、自粘附、强韧抗拉伸等协同治疗效果于一身的4D打印水凝胶制件，将水凝胶制件作为伤口敷料，主要以对温度敏感的单体N-异丙基丙烯酰胺(NIPAm)光聚合形成聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAm)作为主网络，另外引入载有姜黄素(cur)的PF127作为强韧的抗菌胶束交联剂(Cur-PF127)，多巴胺，首先在贻贝粘附蛋白中被发现，已被广泛研究并应用于生产高粘性材料。我们将多巴胺与分子量为575的聚乙二醇二丙烯酸酯结合起来，形成一种新的聚合物结构，即PEGDA575-Do；PEGDA575-Do它在系统中提供了良好的组织粘附性。选择NIPAm是因为它的LCST温度在体温附近，在超过这一温度时会发生相转变，缠身机械收缩的行为，应用于伤口敷料中则表现为由体温激发的伤口机械收缩；封装在PF127胶束中的姜黄素能够有效地调节炎症过程并促进血管新生；DLP 3D打印的目的是让敷料更贴近伤口的形状和深度，以及让敷料的制造更加快速。从而实现了多功能集成的水凝胶伤口敷料，并且可以进行高精度、高复杂度的DLP 3D打印。

本发明提供的一种4D打印自粘附形状记忆强韧水凝胶制件作为伤口敷料，该敷料为热反应收缩水凝胶敷料，可由人体温度自我驱动，无需额外的胶带固定就能自发粘附在皮肤表面，同时通过人体温度的激发引起一致的皮肤敷料收缩。同时，它具有良好的机械性能，可以承受大的运动，使其适用于关节处的伤口。此外，它在应用过程中控制了敷料中抗炎因子的释放，对伤口愈合有多方面的作用，这是一种很有前途的慢性伤口的治疗方法。

附图说明

图1是本发明的流程图；其中，图1(a)表示制备水凝胶制件的流程图；1(b)表示3d打印的流程图。

图2是PEGDA575-Do的¹H NMR。

图3表示实施例2提供的Cur-PF127的相关数据；

其中，图3(a)Cur-PF127水溶液在不同温度下的颗粒大小；图3(b)Cur-PF127水溶液的TEM图像；图3(c)Cur与Cur-PF127水溶性展示，其中①为Cur，②为Cur-PF127。

图4是C-PNPD水凝胶制件的热响应相关性能；其中图4(a)C-PNPD水凝胶制件热响应收缩展示。图4(b)DLP 3D打印C-PNPD水凝胶结构热响应收缩展示。图4(c)C-PNPD水凝胶在室温和体温下的SEM图像。

图5表示C-PNPD水凝胶制件的力学性能，其中，图5(a)C-PNPD水凝胶制件100次循环压缩应力应变曲线。图5(b)C-PNPD水凝胶拉伸应力应变曲线。图5(c)C-PNPD水凝胶拉伸展示。图5(d)C-PNPD水凝胶粘附展示。

图6HaCAT细胞与C-PNPD水凝胶共孵育的相关性能数据，其中，图6(a)HaCAT细胞与C-PNPD水凝胶共孵育第一天及第五天的Live/Dead染色结果图。图6(b)HaCAT细胞在与C-PNPD水凝胶共孵育第一天(24h)及第二天(48h)的增殖活性结果。

图7表示C-PNPD水凝胶制件对MRSA感染的糖尿病大鼠伤口的愈合情况。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，但所举实施例不作为对本发明的限定。

本发明提供了一种用于制备4D打印自粘附形状记忆强韧水凝胶制件的组合物，所述组合物包括：功能单体与抗菌胶束交联剂、基于丙烯酸酯的交联剂以及光引发剂；所述功能单体为N-异丙基丙烯酰胺。

本发明提供的组合物中，主要以对温度敏感的单体N-异丙基丙烯酰胺(NIPAm)光聚合形成聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAm)作为主网络，通过引入抗菌胶束交联剂以及基于丙烯酸酯的交联剂，并在光引发剂的参与下用作为制备4D打印自粘附形状记忆强韧水凝胶制件的组合物。为制备具有功能性水凝胶制件奠定基础。

在一实施例中，以对温度敏感的单体N-异丙基丙烯酰胺(NIPAm)光聚合形成聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAm)。

根据本发明，所述抗菌胶束交联剂为PF127或载有姜黄素的PF127；

所述光引发剂为(2,4,6-三甲基苯甲酰基)二苯基氧化膦或苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)磷酸锂盐(Li-TMPP)。

所述载有姜黄素的PF127(Cur-PF127)是将姜黄素和PF127聚合物溶于二氯甲烷中，经自组装成胶束而制得。

在一实施例中，载有姜黄素的PF127(Cur-PF127)的制备方法，包括：

将一定量的姜黄素和PF127聚合物溶于二氯甲烷中，温和搅拌，然后在40℃条件下使用旋转蒸发器进行共蒸发，连续搅拌自组装成胶束，冷冻干燥得到黄色Cur-PF127粉末。Cur-PF127溶液在4℃保存后使用。因为姜黄素与PF127聚合物的投料比为1:99，它们会形成Cur-PF127胶束。使用TEM和DLS监测反应结果。

根据本发明，所述基于丙烯酸酯的交联剂包括聚乙二醇双丙烯酸酯，或者由盐酸多巴胺和聚乙二醇双丙烯酸酯反应制得的交联剂。

在一实施例中，由盐酸多巴胺和聚乙二醇双丙烯酸酯(PEGDA575)反应制得的交联剂(PEG575-Do)的制备方法，包括：

盐酸多巴胺(5g,26.4mmol,1eq.)和5mg对苯二酚溶于20mL干DMF中，置于双口烧瓶中，除水除氧。PEGDA575(MP 575g/mol；依次滴加15.2g,13.5mL,26.4mmol,1eq.)，然后加入TEA(2.7g,3.7mL,26.36mmol,1eq.)。将悬浮液置于85℃的油浴中搅拌。24小时后，加入PEGDA575(3g,2.7mL,5.3mmol,0.2eq.)，以确保最终产品中有足够的丙烯酸酯端基。再经过48小时，将反应混合物冷却至4℃并保存30分钟，然后过滤。粗产物经300mL乙酸乙酯/正己烷(1:1v/v)4次沉淀分离。离心收集沉淀，加入维生素E 3mg，最终产品真空干燥(PEG575-Do,11.8g,60％)。取20μL反应物和500μL氘代氯仿于核磁管中，用¹H NMR监测反应过程。

根据本发明，所述功能单体与抗菌胶束交联剂、基于丙烯酸酯的交联剂以及光引发剂质量比为(55～70)：(7～11)：(20～30)：1。优选的，功能单体与抗菌胶束交联剂、基于丙烯酸酯的交联剂以及光引发剂质量比为65：9：25：1。

本发明提供上述的组合物在制备4D打印自粘附形状记忆强韧水凝胶制件中的应用。

本发明提供一种4D打印自粘附形状记忆强韧水凝胶制件，所述水凝胶制件由包含上述组合物的原料经光固化3D打印而制得。

本发明提供上述的4D打印自粘附形状记忆强韧水凝胶制件的制备方法，参见图1所示，包括以下步骤：

将功能单体与抗菌胶束交联剂、基于丙烯酸酯的交联剂以及光引发剂混合配成打印树脂溶液，经光固化3D打印后，获取三维结构的水凝胶制件。参见图1(a)所示表示制备水凝胶制件的流程图。图1(b)中，本发明光固化3D打印过程中选用的激光为紫外光，紫外后固化处理时间为10miP；3D打印的参数：曝光时间1.8s，底层曝光时间7～9s，层厚0.05mm。

在一实施例中，采用一步固体分散法合成Cur-PF127胶束，将姜黄素包载到胶束中；盐酸多巴胺和PEGDA575反应，制备出PEGDA575-Do；将一定比例的Cur-PF127、PEGDA575-Do、NIPAm、光引发剂混合配成3D打印树脂前驱体溶液，利用DLP 3D打印机打印三维结构打印完成后，将打印得到的三维结构从树脂槽中取出，用去离子水冲去未固化单体，从而获得4D打印自粘附形状记忆强韧水凝胶制件。

本发明提供一种4D打印自粘附形状记忆强韧水凝胶制件作为伤口敷料的应用。

使用者可以根据伤口的大小对水凝胶制件作为伤口敷料进行个性化定制，可以打印出适合伤口尺寸的水凝胶制件。

本发明将制备的水凝胶制件作为伤口敷料，主要是由于水凝胶制件能够主动粘附和通过体温的激发进行伤口收缩，能够显著缩小伤口面积，具有强韧的力学性能，适用于大活动关节处的创面，并能够有效调节炎症反应，促进伤口愈合，并通过DLP 3D打印技术实现高精度，高复杂度和更快速度的制造。为促进慢性伤口的恢复带来更多的可能性，减少患者的生理上的痛苦，提高生活质量，减少因生理痛苦引发的心理疾病的可能性。

下文将结合具体实施例对本发明的技术方案做更进一步的详细说明。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。

需要说明的是，本发明中采用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；采用的试剂和材料，如无特殊说明，均可在市场上购买得到。

实施例1

由盐酸多巴胺和聚乙二醇双丙烯酸酯(PEGDA575)反应制得的交联剂(PEG575-Do)的制备方法，包括：

盐酸多巴胺(5g,26.4mmol,1eq.)和5mg对苯二酚溶于20mL干DMF中，置于双口烧瓶中，除水除氧。PEGDA575(MP 575g/mol；依次滴加15.2g,13.5mL,26.4mmol,1eq.)，然后加入TEA(2.7g,3.7mL,26.36mmol,1eq.)。将悬浮液置于85℃的油浴中搅拌。24小时后，加入PEGDA575(3g,2.7mL,5.3mmol,0.2eq.)，以确保最终产品中有足够的丙烯酸酯端基。再经过48小时，将反应混合物冷却至4℃并保存30分钟，然后过滤。粗产物经300mL乙酸乙酯/正己烷(1:1v/v)4次沉淀分离。离心收集沉淀，加入维生素E 3mg，最终产品真空干燥(PEG575-Do,11.8g,60％)。取20μL反应物和500μL氘代氯仿于核磁管中，用¹H NMR监测反应过程，参加图2所示，通过核磁共振氢谱(1H NMR)来确定其结构，证实成功制备出PEGDA575-Do。

实施例2

载有姜黄素的PF127(Cur-PF127)的制备方法，包括：

将一定量的姜黄素和PF127聚合物溶于二氯甲烷中，温和搅拌，然后在40℃条件下使用旋转蒸发器进行共蒸发，连续搅拌自组装成胶束，冷冻干燥得到黄色Cur-PF127粉末。Cur-PF127溶液在4℃保存后使用。因为姜黄素与PF127聚合物的投料比为1:99，它们会形成Cur-PF127胶束。使用TEM和DLS监测反应结果。

参见图3所示，图3表示实施例2提供的Cur-PF127的相关数据；其中，图3(a)Cur-PF127水溶液在不同温度下的颗粒大小；图3(b)Cur-PF127水溶液的TEM图像；图3(c)Cur与Cur-PF127水溶性展示，其中①为Cur，②为Cur-PF127。通过DLS测量了Cur-PF127水溶液在不同温度下的颗粒大小(图3a)。随后准备了TEM样品进行拍照，结果如下图3(b)所示，Cur-PF127能够在水中自组装成球形胶束。姜黄素载入胶束后，胶束的粒径大小增加。通过TEM观察到的Cur-PF127的尺寸与DLS测试的结果基本一致。姜黄素在水中表现为浑浊的黄色悬浮液，表明姜黄素不能溶解在水溶液中(图3(c①))。显然，Cur-PF127混合物(图3(c②))在水中形成了透明的溶液，表明由于PF127胶束的形成，PF127大大促进了姜黄素在水中的溶解度。

实施例3

一种可光固化4D打印自粘附形状记忆强韧水凝胶制件的制备方法，包括以下步骤：

将NIPAm(1.3g)、PF127(0.18g)、PEGDA575-Do(0.5g)混合均匀，在混合溶液中加入相对单体质量1％的引发剂(Li-TMPP)并震荡混合均匀得到打印树脂，将树脂加入3D打印机中在进行光固化打印，获取4D打印自粘附形状记忆强韧水凝胶制件。

实施例4

将NIPAm(1.3g)、Cur-PF127(0.18g)、PEGDA575(0.5g)混合均匀，在混合溶液中加入相对单体质量1％的引发剂(Li-TMPP)并震荡混合均匀得到打印树脂，将树脂加入3D打印机中在进行光固化打印，获取4D打印自粘附形状记忆强韧水凝胶制件(C-PNP)。

实施例5

将NIPAm(1.3g)、Cur-PF127(0.18g)、PEGDA575-Do(0.5g)混合均匀，在混合溶液中加入相对单体质量1％的引发剂(Li-TMPP)并震荡混合均匀得到打印树脂，将树脂加入3D打印机中在进行光固化打印，获取4D打印自粘附形状记忆强韧水凝胶制件(C-PNPD)。

为了说明本发明提供的水凝胶制件作为伤口敷料的相关性能，本发明对实施例5制备的水凝胶制件结合附图进行分析说明，参见图4～7.

图4是C-PNPD水凝胶制件的热响应相关性能；其中图4(a)C-PNPD水凝胶制件热响应收缩展示。图4(b)DLP 3D打印C-PNPD水凝胶结构热响应收缩展示。图4(c)C-PNPD水凝胶在室温和体温下的SEM图像。

PNIPAm由于其含有亲水性的酰胺基(-CONH-)和疏水性的异丙基[-CH(CH₃)₂]，显示出良好的双亲性，而且相变温度在人的生理温度附近且略高于环境温度。从图4(a)可知，PNIPAm高分子链在水溶液中，当温度高于32℃时，疏水相互作用增强，致使凝胶收缩，显示出热响应收缩的特性。从图4(b)可知，通过基于DLP的3D打印技术打印出精细的C-PNPD水凝胶结构，也显示出体温激发的收缩效应。因此，我们通过扫描电子显微镜成像研究了含有PNIPAm的化学交联水凝胶中空间结构的变化。从图4(c)可知，如扫描电子显微镜图像所示，与25℃时的水凝胶相比，37℃时C-PNPD水凝胶的孔径明显减小，这表明含有PNIPAm的水凝胶表现出良好的温敏收缩特性。

图5表示C-PNPD水凝胶制件的力学性能，其中，图5(a)C-PNPD水凝胶制件100次循环压缩应力应变曲线。图5(b)C-PNPD水凝胶拉伸应力应变曲线。图5(c)C-PNPD水凝胶拉伸展示。图5(d)C-PNPD水凝胶粘附展示。

由于大活动关节需要经常弯曲，针对关节处的伤口敷料设计的当务之急是设计具有理想机械性能，包括伸展、压缩和恢复性能以及机械稳定性。对拉伸、压缩及其恢复性能进行了全面的研究。C-PNPD水凝胶体系中将PF127的动态席夫碱(共价键)和胶束交联作用(非共价键)结合在一个体系中，使水凝胶具有可拉伸、可压缩和可恢复的力学性能。如图5(a)所示，C-PNPD水凝胶在压缩和松弛期间的良好可逆性。图5(b)显示了C-PNPD水凝胶可拉伸至原长度的1.83倍。由于拉伸性好，抗压特性和恢复，当C-PNPD水凝胶应用肘关节时图5(c)，受试者可以自由弯曲手肘(转角从0°～180°)，对该体系的力学性能和粘附性能都进行了印证。图5(d)中可以看到，在承受60％应变时，C-PNPD水凝胶既没有发生严重的塑性变形，也没有发生强度下降，表明其具有良好的力学性能和回弹性能。

图6HaCAT细胞与C-PNPD水凝胶共孵育的相关性能数据，其中，图6(a)HaCAT细胞与C-PNPD水凝胶共孵育第一天及第五天的Live/Dead染色结果图。图6(b)HaCAT细胞在与C-PNPD水凝胶共孵育第一天(24h)及第二天(48h)的增殖活性结果。

良好的细胞相容性是在生物医学领域设计优秀材料的先决条件。使用CCK-8和LIVE/DEAD活力/细胞毒性试剂盒对C-PNPD水凝胶的细胞相容性进行了评估。使用直接接触法，将HaCAT细胞接种在初始密度相同的48孔板中，并选择TCP作为对照。在图6(a)中，每个水凝胶组在五天内有明显的细胞增殖趋势，几乎没有细胞死亡发生，并保持延长的纺锤形形态，与不使用该材料的对照组没有统计学上的显著差异。图6(b)显示，在24小时和48小时，各水凝胶组与对照组之间的细胞活性没有统计学上的明显差异，而且有一些促进增殖的趋势。所有这些数据证明，这些材料对细胞没有明显的毒性，在生物医学领域有潜在的应用。

图7表示C-PNPD水凝胶制件对MRSA感染的糖尿病大鼠伤口的愈合情况。

随后，为了研究C-PNPD水凝胶敷料对于慢性伤口是否有加快愈合的作用，我们使用水凝胶对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)感染的糖尿病大鼠伤口进行处理，构建了一个由链脲霉素(STZ)诱导的糖尿病动物模型。在确认高血糖3周后，用血糖水平高于17mM的SD(Sprague Dawley)大鼠来建立MRSA感染的伤口。在糖尿病SD大鼠的背部建立全皮层的伤口(直径为8毫米)。然后，实施MRSA感染。细菌接种1小时后，用C-PNPD水凝胶处理伤口，用0.9％NaCl作为对照，观察和记录伤口的感染状况和尺寸变化。图7是伤口愈合全过程的伤口图片，分别是皮肤伤口在第0、1、3、5、7、14天的伤口。第一天，可以看到0.9％NaCl处理的伤口有明显的黄色渗出物和严重的伤口化脓，说明接种的MRSA已经成功感染了伤口。C-PNPD水凝胶组所处理的伤口都比较干燥，没有明显的黄色渗出物，说明水凝胶有效地防止了伤口被MRSA感染。在分别治疗的第3天和第5天，水凝胶组的伤口开始明显变小，0.9％NaCl组的伤口开始结痂。分别治疗7天后，两组的伤口都开始结痂，变得干燥，没有脓液渗出，伤口的大小逐渐变小，水凝胶组的收缩更为明显。14天后，0.9％NaCl组的结痂并没有完全脱落，表明伤口没有完全愈合。相反，C-PNPD组的伤口结痂脱落，有明显的新生组织，基本完全愈合。

本发明描述了优选实施例及其效果。但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种用于制备4D打印自粘附形状记忆强韧水凝胶制件的组合物，其特征在于，所述组合物包括：功能单体与抗菌胶束交联剂、基于丙烯酸酯的交联剂以及光引发剂；所述功能单体为N-异丙基丙烯酰胺。

2.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，

所述抗菌胶束交联剂为PF127或载有姜黄素的PF127。

3.根据权利要求2所述的组合物，其特征在于，所述载有姜黄素的PF127是将姜黄素和PF127聚合物溶于二氯甲烷中，经自组装成胶束而制得。

4.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，

所述光引发剂为(2,4,6-三甲基苯甲酰基)二苯基氧化膦或苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)磷酸锂盐。

5.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述基于丙烯酸酯的交联剂包括聚乙二醇双丙烯酸酯，或者由盐酸多巴胺和聚乙二醇双丙烯酸酯反应制得的交联剂。

6.根据权利要求1～5任一项所述的组合物，其特征在于，所述功能单体与抗菌胶束交联剂、基于丙烯酸酯的交联剂以及光引发剂质量比为(55～70)：(7～11)：(20～30)：1。

7.根据权利要求1～6任一项所述的组合物在制备4D打印自粘附形状记忆强韧水凝胶制件中的应用。

8.一种4D打印自粘附形状记忆强韧水凝胶制件，其特征在于，所述水凝胶制件由包含权利要求1～5任一项所述组合物的原料经光固化3D打印而制得。

9.根据权利要求8所述的4D打印自粘附形状记忆强韧水凝胶制件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将功能单体与抗菌胶束交联剂、基于丙烯酸酯的交联剂以及光引发剂混合配成打印树脂溶液，经光固化3D打印后，获取三维结构的水凝胶制件。

10.一种权利要求8所述的4D打印自粘附形状记忆强韧水凝胶制件作为伤口敷料的应用。