本發明涉及一種具有創面修復功效的水凝膠及其制備方法，屬于生物新材料領域。

技術背景

隨工業事故的頻發以及環境惡化帶來的健康問題，全球每年約2.342億人需進行外科手術，加之全球老齡化伴隨出現的慢性潰瘍病例的增多，醫用敷料的研究與開發日益引起社會的關注。上世紀70年代末，由天然棉纖維加工而成的棉紗布開始在外科手術的傷口護理中廣泛使用。棉紗布的化學成分為纖維素，其獨特的聚多糖結構賦予棉紗布優良的柔韌性、吸液能力、生物相容性和可降解特性。近年來，人們發明了合成纖維、膠原蛋白、海藻酸鹽類等新型醫用敷料，但因為明顯的價格優勢，纖維素棉紗布目前仍是全球使用最廣泛的醫用敷料，市場份額占據50％以上(Int.J.Pharm.2014，463，127-136)。然而，纖維素存在不抗菌和生物活性(如促進傷口愈合)差兩大顯著缺點，已嚴重滯后于現代傷口敷料的發展。纖維素作為自然界最豐富、易得的生物質資源，設計構筑以其作為主體的新型功能性醫用敷料及其綠色、經濟加工方法符合國家的可持續發展戰略。ZnO不僅具有抑菌性，研究表明(ACS Appl.Mater.Interfaces，2012，4，2618-262；Br.J.Dermatol.1969，8，759-762)外用ZnO可通過調節皮膚傷口愈合的多個環節(如炎癥、纖維增生和組織重塑)促進創面愈合，效果堪比昂貴的酶成分藥物，而這被認為與ZnO持續釋放少量的鋅離子有關，鋅是生物體內金屬酶、調節蛋白和生物膜的重要組成部分，特別是人體表皮中的鋅含量比深層組織要高約6倍，目前市場上多種治療創傷的霜劑、膏劑和敷料均含有ZnO成分。目前使用ZnO改性纖維素制備生物材料主要通過溶液浸漬法制備得到：首先將鋅鹽前驅體(硫酸鋅，硝酸鋅，醋酸鋅)溶于水中，其次取傳統纖維素基棉紗布放入上述鋅鹽溶液中，然后再加入堿液使鋅鹽發生溶膠-凝膠轉換，最后水洗、烘干制備得到含有ZnO的纖維素基生物材料。上述方法存在明顯的缺點與不足：1)ZnO主要分布于纖維素基棉紗布的表面，穩定性差，因此制備過程中需要使用高溫(如160℃)熟化(Carbohydr.Polym.2011，83，920-925)或交聯劑(正硅酸乙酯、硅烷偶聯劑)(RSC Adv.2015，5，21562-21571)以增強納米顆粒與纖維素基質的粘附力；2)制備過程中ZnO易發生聚集，需使用有機溶劑(如異丙醇)或高能超聲手段幫助分散。3)纖維素以惰性形式存在，而研究表明含有納米纖維結構的生物相容高分子以其氧氣透過性能高、比面積大，特別是與天然細胞外基質的形態學相似性，可加速細胞粘附、遷移和組織的形成，在組織修復再生領域有很好的應用前景(Angew.Chem.Int.Ed.2015，54，5152-5156)。

技術實現要素：

要解決的技術問題：纖維素作為自然界最豐富的天然高分子，具有柔韌性好、理化性質穩定、生物相容性好以及廉價易得的特性，作為生物材料使用具有得天獨厚的優勢。但是不抗菌和生物活性差兩大缺點阻礙了其進一步的應用。其中ZnO可以較好的彌補纖維素這兩大缺點，但是目前ZnO改性纖維素主要通過溶液浸漬法進行，存在費力、有污染且效果不佳等缺點。

技術方案：針對上述問題，本發明提供一種具有創面修復功效的新型纖維素水凝膠及其制備方法。所述的一種具有創面修復功效的新型纖維素水凝膠由纖維素納米微纖、納米氧化鋅和水構筑而成，其中纖維素納米微纖的直徑為40～80nm，納米ZnO的粒徑為80～150nm。

一種具有創面修復功效的水凝膠的制備方法包括以下步驟：

1)將聚集態纖維素原料浸入組合水體系中，組合水體系由6～10wt％氫氧化鈉，0.5～1.8wt％鋅酸鈉，5～15wt％尿素和水組成；

2)將聚集態纖維素原料與組合水體系組成的混合物一塊冷凍至-15～-21℃，然后25～40℃條件下攪拌解凍得到分子水平均勻分散的纖維素水溶膠，其中水溶膠中纖維素濃度為4～8wt％；

3)將上述水溶膠倒入方形模具然后浸入中性蒸餾水中，使其發生溶膠-凝膠轉變，其中所用水溶膠和蒸餾水的質量比為1∶10～1∶20，蒸餾水溫度為20～40℃。

4)使用去離子水洗至中性。

與已有技術相比較，采用本發明技術方案有顯著進步，且能取得有益效果：

a)本發明不使用任何有機溶劑，整個過程綠色無污染，不存在有毒有害分子殘留問題，非常適合制備生物材料；

b)本發明將纖維素原料和鋅酸鈉(ZnO前驅體)經冷凍-解凍法共同分散于組合水體系中得到水溶膠，然后再在蒸餾水中一起發生溶膠-凝膠轉變得到由纖維素納米纖維和納米ZnO構筑而成的水凝膠(見附圖1)；水凝膠中的納米纖維和納米ZnO使其具有較好的柔韌性、細胞粘附性和抗菌性，以達到明顯促進傷口愈合作用。

附圖說明

圖1為本專利所述的具有創面修復功效的水凝膠的掃描電鏡(SEM)圖像。

具體實施方法

以下結合具體的實施例對本發明的技術方案進一步地說明。

實施例1

第一步將纖維素棉漿粕浸入組合水體系中，組合水體系由6wt％氫氧化鈉，0.5wt％鋅酸鈉，5wt％尿素和水組成；第二步將棉漿粕與組合水體系組成的混合物一塊冷凍至-15℃，然后25℃條件下攪拌解凍得到分子水平均勻分散的纖維素水溶膠，其中水溶膠中纖維素濃度為4wt％；第三步將上述水溶膠倒入方形模具然后浸入中性蒸餾水中，使其發生溶膠-凝膠轉變，其中所用水溶膠和蒸餾水的質量比為1∶10，蒸餾水溫度為20℃；第四步使用去離子水洗至中性。

制得的水凝膠由纖維素納米微纖、納米ZnO和水構筑而成，其中纖維素納米纖維的直徑為40nm，納米ZnO的粒徑為80nm，所得水凝膠的拉伸強度和斷裂伸長率分別為1.97MPa和192％，細胞在水凝膠上(72h)的存活率為96％，小鼠表皮傷口修復實驗表明新型水凝膠相對于棉紗布可提前3天。

實施例2

第一步將纖維素竹漿粕浸入組合水體系中，組合水體系由10wt％氫氧化鈉，1.8wt％鋅酸鈉，15wt％尿素和水組成；第二步將聚集態纖維素與組合水體系組成的混合物一塊冷凍至-21℃，然后40℃條件下攪拌解凍得到分子水平均勻分散的纖維素水溶膠，其中水溶膠中纖維素濃度為8wt％；第三步將上述水溶膠倒入方形模具然后浸入中性蒸餾水中，使其發生溶膠-凝膠轉變，其中所用水溶膠和蒸餾水的質量比為1∶20，蒸餾水溫度為30℃，第四步使用去離子水洗至中性。

制得的水凝膠由纖維素納米微纖、納米ZnO和水構筑而成，其中纖維素納米纖維的直徑為80nm，納米ZnO的粒徑為150nm，所得水凝膠的拉伸強度和斷裂伸長率分別為2.8MPa和150％，細胞在水凝膠上(72h)的存活率為95％，小鼠表皮傷口修復實驗表明新型水凝膠相對于棉紗布可提前4天。

實施例3

第一步將纖維素木漿浸入組合水體系中，組合水體系由7wt％氫氧化鈉，1.0wt％鋅酸鈉，7wt％尿素和水組成；第二步將聚集態纖維素與組合水體系組成的混合物一塊冷凍至-17℃，然后30℃條件下攪拌解凍得到分子水平均勻分散的纖維素水溶膠，其中水溶膠中纖維素濃度為5wt％；第三步將上述水溶膠倒入方形模具然后浸入中性蒸餾水中，使其發生溶膠-凝膠轉變，其中所用水溶膠和蒸餾水的質量比為1∶15，蒸餾水溫度為35℃；第四步使用去離子水洗至中性。

制得的水凝膠由纖維素納米微纖、納米ZnO和水構筑而成，其中纖維素納米纖維的直徑為60nm，納米ZnO的粒徑為90nm，所得水凝膠的拉伸強度和斷裂伸長率分別為2.5MPa和170％，壓縮強度為0.08MPa，細胞在水凝膠上(72h)的存活率為95％，小鼠表皮傷口修復實驗表明新型水凝膠相對于棉紗布可提前3天。

實施例4

第一步將纖維素棉漿粕浸入組合水體系中，組合水體系由7wt％氫氧化鈉，1.5wt％鋅酸鈉，11wt％尿素和水組成；第二步將聚集態纖維素與組合水體系組成的混合物一塊冷凍至-18℃，然后35℃條件下攪拌解凍得到分子水平均勻分散的纖維素水溶膠，其中水溶膠中纖維素濃度為5wt％；第三步將上述水溶膠倒入方形模具然后浸入中性蒸餾水中，使其發生溶膠-凝膠轉變，其中所用水溶膠和蒸餾水的質量比為1∶12，蒸餾水溫度為35℃，第四步使用去離子水洗至中性。

制得的水凝膠由纖維素納米微纖、納米ZnO和水構筑而成，其中纖維素納米纖維的直徑為60nm，納米ZnO的粒徑為100nm，所得水凝膠的拉伸強度和斷裂伸長率分別為2.3MPa和150％，壓縮強度為0.07MPa，細胞在水凝膠上(72h)的存活率為95％，小鼠表皮傷口修復實驗表明新型水凝膠相對于棉紗布可提前4天。

實施例5

第一步將纖維素木漿浸入組合水體系中，組合水體系由8wt％氫氧化鈉，1.6wt％鋅酸鈉，14wt％尿素和水組成；第二步將聚集態纖維素與組合水體系組成的混合物一塊冷凍至-19℃，然后35℃條件下攪拌解凍得到分子水平均勻分散的纖維素水溶膠，其中水溶膠中纖維素濃度為6wt％；第三步將上述水溶膠倒入方形模具然后浸入中性蒸餾水中，使其發生溶膠-凝膠轉變，其中所用水溶膠和蒸餾水的質量比為1∶16，蒸餾水溫度為40℃，第四步使用去離子水洗至中性。

制得的水凝膠由纖維素納米微纖、納米ZnO和水構筑而成，其中纖維素納米纖維的直徑為70nm，納米ZnO的粒徑為120nm，所得水凝膠的拉伸強度和斷裂伸長率分別為2.4MPa和160％，壓縮強度為0.1MPa，細胞在水凝膠上(72h)的存活率為95％，小鼠表皮傷口修復實驗表明新型水凝膠相對于棉紗布可提前3天。