CN117700824B - 一种超结构多孔多功能水凝胶的制备方法与其产品和应用 - Google Patents
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Abstract
本申请公开一种超结构多孔多功能水凝胶的制备方法与其产品和应用，属于外科医用生物材料技术领域。本申请制备方法包括：将PVA/DMSO的预凝胶溶液进行定向冷冻形成第一凝胶前体，并使第一凝胶前体依次发生低温溶剂置换和常温溶剂置换形成水凝胶完全体之后，使水凝胶完全体进行冷冻干燥和水化，即得。本申请制备方法能够构建一体化的“顶层无序小孔‑中间主体层各向异性骨架‑底层无序大孔”的超结构多孔结构水凝胶，从而使制备的水凝胶具备防粘连、促愈合、高韧性、高拉伸强度、抗溶胀和抗疲劳等性能，可以耐受体内潮湿环境下的动态拉伸与持续张力，实现针对动态软组织缺损的高效修复并减少术后并发症和复发率。
Description
技术领域
本申请属于外科医用生物材料技术领域，尤其涉及一种超结构多孔多功能水凝胶的制备方法与其产品和应用。
背景技术
软组织缺损之后的功能重建，特别是对于不断收缩-扩张的动态软组织的修复重建，例如，膈肌、心肌、腹壁等修复是外科难以解决的临床问题之一。软组织缺损修复补片作为一种能够有效修复软组织缺损的生物材料，在软组织缺损临床修复治疗中获得极广应用。然而，常见的软组织缺损修复补片均在不同程度上存在着力学性能不足、抗疲劳性和生物相容性差，以及容易细胞粘附等问题，极大限制了相关临床修复治疗。因此，开发力学性能强、抗疲劳、抗粘连、促愈合，以及生物相容性好的软组织缺损修复补片很有必要。
申请公布号为CN 114907582 A的现有技术公开了一种软组织缺损补片的制备方法，其通过将PVA/DMSO溶液直接浸入到水中进行溶剂置换，并对交换产物依次进行冷冻干燥和二次水化，即可制成能够在体内湿环境下抗形变、抗溶胀、防粘连、促愈合且生物相容性良好的软组织缺损补片，满足生物体内腹膜等部分软组织缺损的修复重建。
但是，上文所述的软组织缺损补片由于其力学性能较差且不具备抗疲劳性能，使得该软组织缺损补片只能用于无张力软组织缺损的修补，无法用于持续不断“收缩-扩张”的动态软组织的修补重建。
发明内容
本申请公开一种超结构多孔多功能水凝胶的制备方法与其产品和应用，旨在解决上文背景所述软组织缺损补片无法修补动态负载软组织以及力学性能较差的技术问题。
为了实现上述目的，本申请的技术方案是：
本申请的第一方面提供了一种超结构多孔多功能水凝胶的制备方法。本申请制备方法包括如下步骤：
提供PVA/DMSO的预凝胶溶液；
将所述预凝胶溶液进行定向冷冻，形成第一凝胶前体；
在-60～15 ℃的温度环境中，使所述第一凝胶前体与空气中的水发生溶剂置换，形成第二凝胶前体；
在常温环境中，将所述第二凝胶前体浸入水中发生溶剂置换，形成水凝胶完全体；
使所述水凝胶完全体依次进行冷冻干燥和水化，即得超结构多孔多功能水凝胶。
在一些实施方案中，所述PVA/DMSO的预凝胶溶液中的PVA浓度为2～18 wt%。
在一些实施方案中，所述PVA/DMSO的预凝胶溶液中的PVA的醇解度大于98 %。
在一些实施方案中，所述定向冷冻包括：
将所述预凝胶溶液注入定向冷冻模具以后，使所述定向冷冻模具定向浸入到乙醇冰浴中发生定向热传导。
在一些实施方案中，所述乙醇冰浴的温度低于-20 ℃，所述定向冷冻的冷冻速度为1～2 mm/min。
在一些实施方案中，所述第一凝胶前体与空气中的水发生溶剂置换的时间为18～48 h。
在一些实施方案中，所述第二凝胶前体浸入水中发生溶剂置换的时间大于24 h。
本申请的第二方面提供了本申请制备方法制成的超结构多孔多功能水凝胶。
本申请的第三方面提供了本申请制备方法制成的超结构多孔多功能水凝胶在制备软组织修复材料中的应用。
本申请的第四方面提供了一种动态负载软组织缺损修复补片。本申请动态负载软组织缺损修复补片含有本申请制备方法制成的超结构多孔多功能水凝胶。
与现有技术相比，本申请实施例的优点或有益效果至少包括：
本申请提供的制备方法通过使PVA/DMSO的预凝胶溶液发生定向冷冻、低温溶剂置换、常温溶剂置换、冷冻干燥和水化的组合处理，从而构建出一体化的“顶层无序小孔-中间主体层各向异性骨架-底层无序大孔”的超结构多孔水凝胶。其中，基于所述的超结构多孔的联合作用，不仅能够使得水凝胶具备防粘连、促愈合、韧性好、拉伸强度高和抗溶胀等性能，而且能够赋予水凝胶优异的抗疲劳性能，从而使得成形水凝胶可以适配体内潮湿环境下的动态拉伸与持续张力，实现针对动态软组织缺损的高效修复重建并减少修补并发症和软组织缺损复发率，填补现有软组织缺损补片无法有效修补重建动态负载软组织的技术空白。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的超结构多孔多功能水凝胶PVA1的实物图；
图2为本申请实施例提供的超结构多孔多功能水凝胶PVA1的各层SEM图；
图3为本申请实施例提供的超结构多孔多功能水凝胶PVA1的疲劳阈值测试图；
图4为本申请实施例提供的超结构多孔多功能水凝胶PVA1的拉伸应力-应变图；
图5为本申请实施例提供的超结构多孔多功能水凝胶PVA1在0-15天的溶胀比变化图；
图6为本申请实施例提供的超结构多孔多功能水凝胶PVA1的CCK-8测定图；
图7为本申请实施例提供的动物膈肌修补术中以及术后14天时的膈肌修补处的实验情况图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本实施例以下描述中，术语“和/或”用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B和同时存在A和B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
在本实施例以下描述中，术语“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“以下至少一项(个)”或其类似表达是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，“a，b或c中的至少一项(个)”，或，“a，b和c中的至少一项(个)”，均可以表示：a，b，c，a-b(即a和b)，a-c，b-c，或a-b-c，其中a，b，c分别可以是单个，也可以是多个。
在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
本领域技术人员应当理解，在本申请实施例以下描述中，序号的先后并不意味着执行顺序的先后，部分或全部步骤可以并行执行或先后执行，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
本领域技术人员应当理解，本申请实施例中的数值范围应理解为还具体公开该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的技术/科学术语具有本申请所属领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本申请仅描述优选的方法和材料，但在本申请的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
第一方面，本申请实施例提供了一种超结构多孔多功能水凝胶的制备方法。本申请实施例的制备方法包括：
提供PVA/DMSO的预凝胶溶液；
将所述预凝胶溶液进行定向冷冻，形成第一凝胶前体；
在-60～15 ℃的温度环境中，使所述第一凝胶前体与空气中的水发生溶剂置换，形成第二凝胶前体；
在常温环境中，将所述第二凝胶前体浸入水中发生溶剂置换，形成水凝胶完全体；
使所述水凝胶完全体依次进行冷冻干燥和水化，即得超结构多孔多功能水凝胶。
其中，本申请实施例中的PVA、DMSO、PVA/DMSO等均按照本领域的一般含义理解。例如，PVA意指聚乙烯醇；DMSO意指二甲基亚砜；PVA/DMSO意指PVA溶解于DMSO中形成的溶液。
本申请实施例公开的制备方法通过使PVA/DMSO的预凝胶溶液依次发生定向冷冻、低温溶剂置换、常温溶剂置换、冷冻干燥和水化的组合处理，即可构建出一体化的“顶层无序小孔-中间主体层各向异性骨架-底层无序大孔”的超结构多孔强韧水凝胶。其中，基于所述的超结构多孔的联合作用，不仅能够使得水凝胶具备防粘连、促愈合、韧性好、拉伸强度高和抗溶胀等性能，而且能够赋予水凝胶优异的抗疲劳性能，从而使成形水凝胶可以适配体内潮湿环境下的动态拉伸与持续张力，实现针对动态软组织缺损的高效修复重建并减少修补并发症和软组织缺损复发率，填补现有软组织缺损补片无法有效修补重建动态负载软组织的技术空白。
需要说明的是，本申请实施例中的预凝胶溶液是指将PVA溶解在DMSO溶剂中，并使PVA以非聚集状态完全分散在DMSO溶剂中形成的预凝胶溶液，经溶剂置换即可形成具有更强氢键作用力的PVA凝胶。另外，PVA作为水凝胶的主体材料，具有生物学性能好的优点。
需要说明的是，本申请实施例首先将预凝胶溶液进行定向冷冻，即可使PVA获得各向异性骨架。其中，所述的定向冷冻按照本领域周知的一般含义和技术措施理解，可以根据已知的各种定向冷冻方法具体实施，本申请实施例对此不作特别的限制。
当然，本申请实施例中的定向冷冻中可以使用本领域常见或自制的定向冷冻装置/模具。例如，本申请实施例可以使用一种简易的自制定向冷冻模具定向浸入乙醇冰浴中。该自制定向冷冻模具优选为聚四氟乙烯材质的矩形结构，其包括导热底面、绝热顶面、绝热前壁面、绝热后壁面、绝热左壁面和绝热右壁面，其中，导热底面的厚度为1 mm，绝热顶面和四个绝热壁面的厚度均为1 cm，且绝热顶面和侧面可开启。
本申请实施例除了使用上文所述的自制定向冷冻模具和乙醇冰浴进行定向浸泡之外，还可以使用筒形、异形结构等定向冷冻模具或者使用液氮进行定向冷冻，本申请实施例不作特别的限制，以能够实现定向冷冻为准。
需要说明的是，本申请实施例通过将具备各向异性骨架的第一凝胶前体置于-60～15 ℃的温度下，以使第一凝胶前体中的DMSO溶剂与空气中的水发生溶剂交换。具体地，在-60～15 ℃的温度下进行所述溶剂交换，一方面由于第一凝胶前体中的DMSO冰点较高(17 ℃)，低温能够保持凝胶前体的主体层各向异性骨架的稳定，另一方面DMSO溶剂可以充当吸湿剂和抗冻剂，从而促进低温空气中的冰晶水融化，继而与DMSO溶剂进行置换，使得PVA单体可以重新聚合为更强韧的水凝胶网络，而与空气接触的上表面也形成独特的大孔结构。其中，具体实施所述溶剂置换可以借助冰箱、冰柜等冷藏设备，并以冷藏设备中的冷冻雾气直接与所述第一凝胶前体发生溶剂置换，本申请实施例对此不作特别的限制。
需要说明的是，本申请实施例将第二凝胶前体浸入水中，使得第二凝胶前体与水发生自上而下的溶剂交换并完全凝胶化，从而形成具备“顶层无序小孔-中间主体层各向异性骨架-底层无序大孔”的水凝胶完全体。其中，通过所述的“顶层无序小孔-中间主体层各向异性骨架-底层无序大孔”的联合作用，能够使得水凝胶兼具抗疲劳、高强度、高韧性、高拉伸性、抗溶胀等多性能，从而可以适配腹腔潮湿环境下膈肌或腹壁等动态软组织的长期拉伸与持续张力，并且不对称的致密面和疏松面分别兼顾内脏面抗组织粘附以及促进破损面组织愈合。
需要说明的是，所述的冷冻干燥和水化等处置按照本领域周知的一般含义和技术措施理解。例如，水化是指将冷冻干燥之后的干凝胶重新吸水形成水凝胶的过程。其中，对于具体的冷冻干燥和水化的实施方案，本领域技术人员可以根据公知的各种方法和满足实际要求的工艺参数具体实施，本实施例在此不作赘述。
本申请实施例中，所述PVA/DMSO的预凝胶溶液中的PVA浓度优选为2～18 wt%,可以为2 wt%、5 wt%、10 wt%、15 wt%、18 wt%等，本申请实施例对于具体的温度数值不作特别的限制，以能够完全溶解形成DMSO-PVA溶液且满足形成各向异性孔骨架为准。
本申请实施例中，所述PVA/DMSO的预凝胶溶液中的PVA的醇解度大于98 %。其中，优选PVA的醇解度大于98 %时，预凝胶溶液在溶液置换后可获得具有更强的氢键作用力的PVA凝胶。
需要说明的是，本申请实施例对于PVA的型号和来源没有特别的限制，以醇解度大于98 %为准，例如，PVA可以来源于市购，具体为1799型PVA、2499型PVA等。
本申请实施例中，所述定向冷冻优选包括：
将所述预凝胶溶液注入定向冷冻模具，并使所述定向冷冻模具浸入到乙醇冰浴中发生定向热传导。
其中，本申请实施例使用乙醇冰浴作为冷冻介质，
本申请实施例中，所述乙醇冰浴的温度为低于-20 ℃，所述定向冷冻的冷冻速度为1～2 mm/min。
需要说明的是，所述的乙醇冰浴的温度可以为低于-20 ℃的任一个温度，例如，-20 ℃、-25 ℃、-30 ℃、-35 ℃、-40 ℃等温度，本申请实施例对于具体的温度数值不作特别的限制，以能够形成各向异性孔骨架为准；所述冷冻速度根据所述乙醇冰浴的温度合理选择，本申请实施例对于具体的冷冻速度不作特别的限制，以能够形成各向异性孔骨架为准。
具体实施例中，所述第一凝胶前体与水发生溶剂置换的时间为18～48 h，例如，18h、24 h、30 h、36 h、42 h、48 h等，本申请实施例对于具体的时间不作特别的限制，以能够形成满足要求的水凝胶网络为准。
需要说明的是，所述第一凝胶前体与水发生溶剂置换的温度可以为-60～15 ℃中的任一个，例如，15 ℃、5 ℃、0 ℃、-20 ℃、-40 ℃、-60 ℃等，本申请实施例对于具体的温度不作特别的限制，以能够形成满足要求的水凝胶网络为准。
本申请实施例中，所述第二凝胶前体与水发生溶剂置换的时间优选为大于24 h。
需要说明的是，所述的溶剂置换时间可以为大于24 h的任一个，例如，24 h、36 h、48 h、72 h等，本申请实施例对于具体的时间不作特别的限制，以能够形成满足要求的水凝胶网络为准。同时，由于DMSO具备较高的细胞毒性，而充分的溶剂置换能够完全除去凝胶体中的DMSO，使其可以用于生物体内软组织的修复重建。发明人研究发现，当第二凝胶前体与水发生溶剂置换的时间大于24 h时，凝胶体中的DMSO被完全分离除去，可以有效保证多功能水凝胶的医用安全性。
第二方面，本申请实施例提供一种上文所述制备方法制成的超结构多孔多功能水凝胶。
其中，基于本申请实施例制备方法能够使PVA水凝胶构建形成一体化的“顶层无序小孔-中间主体层各向异性骨架-底层无序大孔”的超结构多孔结构。因此，基于所述的一体化的“顶层无序小孔-中间主体层各向异性骨架-底层无序大孔”的超结构多孔结构，从而赋予成形水凝胶高强度、韧性、拉伸性、抗溶胀性和抗疲劳性能等多种优良性能，从而可以适配体内潮湿环境下膈肌或腹壁的长期拉伸与持续张力，并且不对称的致密面和疏松面分别兼顾内脏面抗组织粘附以及促进破损面组织愈合。
第三方面，本申请实施例提供了上文所述的超结构多孔多功能水凝胶用于制备包括软组织缺损修复材料中的应用。其中，基于上文所述超结构多孔多功能水凝胶兼具高强度、韧性、拉伸性、抗溶胀、抗疲劳、抗组织粘附和促进组织愈合等多种性能。因此，该超结构多孔多功能水凝胶用于制作软组织缺损修复材料以后，能够使得软组织缺损修复材料有效适配体内潮湿环境下膈肌或腹壁的长期拉伸与持续张力，从而促进膈肌或腹壁等软组织破损面组织的愈合。
第四方面，本申请实施例提供一种动态负载软组织缺损修复补片。本申请实施例的动态负载软组织缺损修复补片含有上文所述的超结构多孔多功能水凝胶。基于上文所述超结构多孔多功能水凝胶兼具高强度、韧性、拉伸性、抗溶胀、抗疲劳、抗组织粘附和促进组织愈合等多种功能特点。因此，含有该超结构多孔多功能水凝胶的动态负载软组织缺损修复补片能够有效适配体内潮湿环境下膈肌或腹壁的长期拉伸与持续张力，从而促进膈肌或腹壁等软组织破损面组织的愈合。
下面将结合具体实施例对本申请的技术方案作进一步地阐述。
实施例1
本实施例提供一种超结构多孔多功能水凝胶PVA1的制备方法，具体包括：
S101：称取1799型PVA加入到DMSO溶剂中，并于75 ℃的温度水浴中等比例放大以后，机械搅拌5 h进行溶解，得到18 wt%的PVA/DMSO的预凝胶溶液。
S102：准备上文所述的自制定向冷冻模具，并将所述PVA/DMSO的预凝胶溶液注入自制定向冷冻模具之后，使模具以1 mm/min的速度从底部开始垂直浸入预制的温度为-20℃的乙醇冰浴中，直至完全浸没，得到第一凝胶前体。
S103：将所述第一凝胶前体放置在-20 ℃的冰箱中处理24 h，使所述第一凝胶前体中的DMSO与低温空气中的水发生溶剂交换之后，再浸入去离子水中处理48 h，每8 h进行换水一次，使凝胶前体中的DMSO与水发生充分的溶剂交换，得到PVA水凝胶完全体。
S104：将所述PVA水凝胶完全体冷冻干燥48 h之后，重新浸入去离子水中处理24h，得到超结构多孔多功能水凝胶PVA1。
实施例2
本实施例提供一种超结构多孔多功能水凝胶PVA2的制备方法，具体包括：
S101：称取1799型PVA加入到DMSO溶剂中，并于75 ℃的温度水浴中等比例放大以后，机械搅拌5 h进行溶解，得到10 %的PVA/DMSO的预凝胶溶液。
S102：准备上文所述的自制定向冷冻模具，并将所述PVA/DMSO的预凝胶溶液注入自制定向冷冻模具之后，使模具以1.5 mm/min的速度从底部开始逐渐浸入预制的温度为-30 ℃的乙醇冰浴中，直至完全浸没，得到第一凝胶前体。
S103：将所述第一凝胶前体放置在4 ℃的冰箱中处理24 h，使所述第一凝胶前体中的DMSO与低温湿空气中的水发生溶剂交换之后，再浸入去离子水中处理24 h，每6 h进行换水一次，使凝胶前体中的DMSO与水发生充分的溶剂交换，得到PVA水凝胶完全体。
S104：将所述PVA水凝胶完全体冷冻干燥48 h之后，重新浸入去离子水中处理24h，得到超结构多孔多功能水凝胶PVA2。
实施例3
本实施例提供一种超结构多孔多功能水凝胶PVA3的制备方法，具体包括：
S101：称取1799型PVA加入到DMSO溶剂中，并于75 ℃的温度水浴中等比例放大以后，机械搅拌5 h进行溶解，得到2 %的PVA/DMSO的预凝胶溶液。
S102：准备上文所述的自制定向冷冻模具，并将所述PVA/DMSO的预凝胶溶液注入自制定向冷冻模具之后，使模具以2 mm/min的速度从底部开始逐渐浸入预制的温度为-40℃的乙醇冰浴中，直至完全浸没，得到第一凝胶前体。
S103：将所述第一凝胶前体放置在0 ℃的冰箱中处理24 h，使所述第一凝胶前体中的DMSO与低温空气中的水发生溶剂交换之后，再浸入去离子水中处理50 h，每10 h进行换水一次，使凝胶前体中的DMSO与水发生充分的溶剂交换，得到PVA水凝胶完全体。
S104：将所述PVA水凝胶完全体冷冻干燥48 h之后，重新浸入去离子水中处理24h，得到超结构多孔多功能水凝胶PVA3。
为验证本申请实施例实际的技术效果，下面将以超结构多孔多功能水凝胶PVA1为测试样品用于结构表征和性能测试，具体包括：
1. SEM表征
对超结构多孔多功能水凝胶PVA1进行实物拍摄和扫描电子显微镜(SEM)测试，结果为图1至图2所示。其中，图1为超结构多孔多功能水凝胶PVA1的实物图；图2为超结构多孔多功能水凝胶PVA1的各层SEM图。
根据图1可知，该超结构多孔多功能水凝胶PVA1形成有白色对齐的定向条纹，其中，白色不透明说明PVA具有较高的结晶度，而对齐的定向条纹说明本申请实施例的制备方法成功制备了类似于肌肉组织一样的各向异性结构强韧水凝胶。
根据图2可知，该超结构多孔多功能水凝胶PVA1顶层形成有疏松大孔，底层形成有致密小孔，中间层形成有序排列的各向异性骨架，说明本申请实施例中制备的水凝胶形成有“上表面无序大孔-中间主体层各向异性骨架-下表面无序小孔”的超结构多孔结构。
2.疲劳测试
将超结构多孔多功能水凝胶PVA1裁剪为5 mm宽的长条形补片，补片中间作1 mm缺口，使用单缺口方法来测量该超结构多孔多功能水凝胶PVA1补片的疲劳阈值。同时，对超结构多孔多功能水凝胶PVA1补片进行循环拉伸测试，数码相机记录水凝胶在连续拉伸周期中的初始缺口扩展。通过在无缺口样品上应用相同的拉伸应变ε，获得第N个循环应变能量密度W，W通过应变-应力曲线的积分面积得出。最后，通过以下公式计算能量释放率G：
，
其中，k是随拉伸变化的函数， 1/2，c指第N个循环时的缺口长度。
根据G和单位循环次数下的裂纹长度变化(dc/dN)，得到G-(dc/dN)的关系曲线，疲劳阈值Γ0即为裂纹长度出现变化前后的拟合线之间的交点。根据图3可知，超结构多孔多功能水凝胶PVA1的疲劳阈值达1028 J/m2，能够有效适配的长期拉伸与持续张力，具有用于持续不断负载收缩和扩张的膈肌或腹壁等软组织缺损修复重建的潜力。
3.拉伸性能测试
将超结构多孔多功能水凝胶PVA1裁剪成的哑铃状之后，在微机控制电子万能试验机上对补片进行拉伸性能检测，结果图4为超结构多孔多功能水凝胶PVA1的拉伸应力-应变图。
根据图4可知，该超结构多孔多功能水凝胶PVA1的拉伸应变最高可达到404 %，拉伸强度为3.3 MPa，说明本申请实施例制备的超结构多孔多功能水凝胶具有优异的拉伸性能。
4.溶胀比测试
将超结构多孔多功能水凝胶PVA1裁切成半径为1 cm的圆形补片(质量为W0)之后，将其在浸入pH= 7.4的PBS缓冲液中，并以120 rpm的速度摇匀。每隔一段时间取出样品进行测重，以Wt计算，根据溶胀比公式(Wt-W0)/W0×100%进行计算。图5为超结构多孔多功能水凝胶PVA1在0-15天的溶胀比变化图。
根据图5可知，该超结构多孔多功能水凝胶PVA1的溶胀比最大可以达到2.5 %，说明本申请实施例制备的超结构多孔多功能水凝胶具有非常优异的抗溶胀性能，在生物体内可以保持长期稳定的高力学性能，具有良好的抗形变能力。
5.细胞生物相容性实验
通过CCK 8试剂盒测试超结构多孔多功能水凝胶PVA1的细胞毒性，结果如图6所示：与空白组相比，超结构多孔多功能水凝胶PVA1组中的L929成纤维细胞在第1天、第2天和第3天的增殖没有显著差异，证明本申请实施例制备的超结构多孔多功能水凝胶具有良好的生物相容性。
6.动物膈肌修补实验
将超结构多孔多功能水凝胶PVA1裁切成尺寸为2 cm× 2 cm补片备用，取5只体重为2.5 kg左右的新西兰兔作为实验动物，耳缘静脉麻醉(3 %的戊巴比妥钠，剂量为30 mg/kg)，保留自主呼吸，固定实验兔头部，使用2.5号气管导管进行气管插管，并使用异氟烷进行持续的吸入式麻醉。剃除左上腹部和胸部毛发之后，固定在手术位置。在无菌条件下，局部麻醉剂在切口处浸润(1 %的利多卡因)。作左肋下横切口，随后沿切口逐层分离并切开腹部肌肉各层，进入腹腔，使用潮湿的纱布轻轻收缩肝脏，游离左三角形韧带，对降左半膈肌进行可视化。通过切除肌肉发达的左半膈肌，形成半径为1 cm的膈肌缺损。随后使用5-0缝合线对抗疲劳防粘连补片与膈肌缺损进行连续缝合，完成缺损修复。随后用3-0缝合线逐层进行关腹。术后观察实验兔有无窒息、气胸等并发症，有无死亡，及其精神、饮食情况。14天之后打开腹腔，观察补片有无粘连、粘连严重程度、创面愈合、创面感染情况及补片状态等。其中，图7为动物膈肌修补术中以及术后14天时的膈肌修补处的实验情况。
结果显示，5只实验兔均未在术后14天内出现明显并发症和死亡情况；解剖实验表明补片修补处均未见小肠、肝脏等脏器粘连，缺损处愈合良好，均未见明显感染，无包覆性积液、积脓和瘢痕，补片未见明显形变，缺损处软组织与补片贴合良好。说明本申请实施例制备的超结构多孔多功能水凝胶可以适配体内潮湿环境下动态拉伸及持续张力，并具有良好的抗粘连、促愈合作用，能够对动态软组织缺损进行高效修复，显著提高修补术的成功率并减少并发症和复发率。
本说明书中的各个实施方式采用递进的方式描述，各个实施方式之间相同或相似的部分可互相参见，每个实施方式重点说明的都是与其他实施方式的不同之处。
以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对本申请限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请技术方案的范围。
Claims (8)
1.一种超结构多孔多功能水凝胶的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
提供PVA浓度为2～18 wt%的PVA/DMSO的预凝胶溶液；
将所述预凝胶溶液进行定向冷冻，形成第一凝胶前体；
在-60～15 ℃的温度环境中，使所述第一凝胶前体的上表面与空气接触并与空气中的水发生溶剂置换，时间为18～48 h，形成第二凝胶前体；
在常温环境中，将所述第二凝胶前体浸入水中发生自上而下的溶剂置换，形成水凝胶完全体；
使所述水凝胶完全体依次进行冷冻干燥和水化，即得超结构多孔多功能水凝胶，所述超结构多孔多功能水凝胶具备“顶层无序小孔-中间主体层各向异性骨架-底层无序大孔”结构。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述PVA/DMSO的预凝胶溶液中的PVA的醇解度大于98 %。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述定向冷冻包括：
将所述预凝胶溶液注入定向冷冻模具以后，使所述定向冷冻模具定向浸入到乙醇冰浴中发生定向热传导。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述乙醇冰浴的温度低于-20 ℃，所述定向冷冻的冷冻速度为1～2 mm/min。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第二凝胶前体浸入水中发生溶剂置换的时间大于24 h。
6.根据权利要求1～5任一所述制备方法制成的超结构多孔多功能水凝胶。
7.权利要求1～5任一所述制备方法制成的超结构多孔多功能水凝胶在制备软组织缺损修复材料中的应用。
8.一种动态负载软组织缺损修复补片，其特征在于，含有权利要求1～5任一所述制备方法制成的超结构多孔多功能水凝胶。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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