本發明涉及一種水凝膠的制備技術，特別涉及一種具有良好機械能和貫通孔雙網絡聚合物水凝膠支架的構成方法，屬于生物醫用高分子材料領域。

背景技術：

由于具有良好的生物相容性以及在能保持大量水分的條件下不溶解等特征，水凝膠一直被視為軟組織工程修復用最佳材料。而在實際應用中，通常需要把醫用水凝膠加工成與缺損組織解剖學結構一致結構的支架，同時該水凝膠支架在微觀尺度（約為50-5000微米范圍內）還應該具有在三維方向相互貫通的孔隙以便細胞和組織能進入水凝膠內生長并再生組織，以及在水凝膠支架孔隙內的細胞和組織能有效的進行營養和廢物的代謝等一系列生理活動。

為了獲得既具有與缺損組織解剖學結構一致結構，在微觀范圍又具有豐富的三維貫通孔隙的水凝膠支架，當前一個被稱為增材制造或被稱為三維打印的技術被用來制備如此結構的水凝膠支架。然而，受制備技術方法的限制，即增材制造是通過層層疊加的方式來制造支架，這就要求層與層之間的水凝膠進行交聯。為了獲得層與層之間能有效交聯的三維多孔水凝膠支架，目前只有可光輻射交聯的水凝膠能用于制造具有三維結構的水凝膠支架，這就極大的限制了特定聚合物水凝膠，特別是天然聚合物水凝膠多孔支架的制備。而且使用直接打印的方法制備的三維多孔支架水凝膠，其宏觀結構也不能完全按照設計的結構成型，在制備過程中通常會有一定的變形從而導致與設計的支架結構不一致現象，這最終導致打印出的支架不可用。

此外，制備的水凝膠支架還需要具有良好的機械性能和彈性，以便水凝膠支架植入到體內后在經受機械擠壓等力學影響后能維持結構。然而當前的水凝膠的機械性能普遍較差。這就極大的限制了水凝膠作為組織工程支架的應用。為了提高水凝膠的機械性能，專利200510027603.1和專利201410259494.5分別公開了兩類雙網絡聚合物水凝膠。把兩種不同聚合物相混合形成雙網絡聚合物水凝膠可以極大的改善水凝膠的機械性能從而可以很好的滿足組織支架的力學性能的要求。盡管如此，這些公開的技術沒有涉及把水凝膠制備成為具有三維貫通孔隙的支架，這就限制該水凝膠在軟組織工程中的應用。

技術實現要素：

為了克服當前由直接三維打印技術制備水凝膠支架的局限性，以及克服由雙網絡聚合物因缺乏三維貫通孔隙而無法實現在軟組織工程的應用，本發明提出使用由三維打印制造的多孔支架作為模板，并結合兩步聚合物灌注成型方法制備貫通孔雙網絡聚合物水凝膠支架。由本發明制備的貫通孔雙網絡聚合物水凝膠支架，不但具有孔隙可控的、三維貫通的孔隙，而且具有良好的機械性能和彈性。

為實現上述目的，本發明是采用以下措施構成的技術方案來實現的。

本發明所述的貫通孔雙網絡聚合物水凝膠支架的制備技術，包含下面連續制備步驟：

a)貫通孔模板制備：使用三維打印機制造多孔支架模板；

b)單網絡聚合物預型體sn制備：將水、第一種聚合物p1和戊二醛按照重量比為(90-99):(1-10):(0-5)進行混合并灌注進入多孔模板，然后置于低溫冷凍干燥器中干燥獲得多孔支架模板/單網絡聚合物預型體sn；

c)雙網絡聚合物預型體dn制備：把水、不飽和烯單體、多烯交聯劑、過硫酸銨和四甲基乙二胺按照重量比為(30-50):(10-50):(5-20):(0.1-1):(0.1-1)混合并灌注進入多孔支架模板/單網絡聚合物預型體sn，然后置于溫度為20-80℃，濕度為70-100%的氮氣環境中反應6-96小時，獲得的多孔支架模板/雙網絡聚合物預型體dn；

d)多孔模板除去工藝：把多孔支架模板/雙網絡聚合物預型體dn在有機溶劑中浸泡12-72小時除去模板，獲得貫通孔雙網絡聚合物水凝膠支架；

上述方案中，步驟a)中所述的多孔支架的孔隙是三維貫通的；

上述方案中，步驟a)中所述的多孔支架的孔隙直徑為10-5000微米；

上述方案中，步驟a)中所述的多孔支架的組成是聚乳酸或者abs；

上述方案中，步驟b)中所述的第一種聚合物p1是海藻酸鈉、殼聚糖、透明質酸、聚乙烯醇、聚乙二醇雙丙烯酸酯、i-型膠原、或者ii-型膠原；

上述方案中，步驟c)中所述的不飽和烯單體是丙烯酰胺、丙烯酰胺衍生物、甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺衍生物中的一種或一種以上；

上述方案中，步驟c)中所述的多烯交聯劑是n,n-亞甲基-雙丙烯酰胺、二（甲基）丙烯酸乙二醇酯、哌嗪二丙烯酰胺、戊二醛、含1,2二醇結構的交聯劑中的一種或一種以上；

上述方案中，步驟d)中所述的有機溶劑是二氯甲烷、三氯甲烷、n,n-二甲基甲酰胺、丙酮、四氫呋喃，或者它們的組合。

本發明具有以下特點及有益的技術效果：

本發明的構成方法形成的貫通孔雙網絡聚合物水凝膠支架，因為使用的是由三維打印制備的多孔支架作為模板，其的宏觀解剖學結構不但可以預先設定，而且微觀結構孔隙的大小、結構和三維貫通性也是可以預先設計的，所以雙網絡聚合物水凝膠支架的宏觀結構和微觀的孔隙大小和結構也是可控的，而且孔隙在三維方向能保證是相互貫通的。

在保證孔隙在三維方向的相互貫通的同時，因為構成水凝膠的材料，第一次灌注的聚合物和第二次灌注并聚合形成的聚丙稀酰胺在水凝膠體系中能很好的相互形成交聯的網絡結構，這就保證了制備出的水凝膠具有良好的機械性能和彈性，可以很好的滿足該水凝膠作為組織工程支架植入體內所需要的力學性能。

本發明所述的貫通孔雙網絡聚合物水凝膠支架，因為是往由三維打印制造的多孔支架孔隙內灌注水凝膠成分，所以就避免了直接三維打印的因層層疊加成型需要層與層之間進行交聯的過程。

此外，使用本發明的構成方法，可以避免因直接打印水凝膠支架導致水凝膠支架變形的影響。

附圖說明

圖1是本發明實施例1所使用的由三維打印制備的貫孔通的聚乳酸支架作為模板的圖片。

圖2是本發明實施例1構成的貫通孔雙網絡聚合物水凝膠支架的圖片。

具體實施方式

下面用具體實施例對本發明作進一步的詳細說明，但不應理解為是對本發明保護內容的任何限定。

實施例1

在本發明的步驟a)中，使用熔融沉積成型（fdm）增材制造打印機和聚乳酸作為耗材制造出如圖1的孔徑為500微米的、孔貫通的聚乳酸多孔支架模板；

步驟b)，把9.8克水，0.2克海藻酸鈉和0.01克戊二醛進行混合并灌注進入多孔模板，然后置于低溫冷凍干燥器中干燥獲得多孔支架模板/單網絡聚合物預型體sn；

步驟c),把1.0克水、0.5克丙烯酰胺單體、0.05克n，n-亞甲基-雙丙烯酰胺交聯劑、0.01克過硫酸銨和0.01克四甲基乙二胺混合并灌注進入多孔支架模板/單網絡聚合物預型體sn，然后置于溫度為50℃，濕度為90%的氮氣環境中反應12小時，獲得的多孔支架模板/雙網絡聚合物預型體dn；

步驟d)，把多孔支架模板/雙網絡聚合物預型體dn在二氯甲烷中浸泡60小時除去模板，獲得如圖2所示的孔隙直徑為500微米的、且孔隙貫通的海藻酸-聚丙烯酰胺雙網絡聚合物水凝膠支架。

實施例2

使用abs作為打印耗材，其他制備條件和實施例1相同，獲得孔隙直徑為500微米的、且孔隙貫通的海藻酸-聚丙烯酰胺雙網絡聚合物水凝膠支架。

實施例3

步驟a)中，打印孔徑為10微米的多孔聚乳酸支架，其他制備條件和實施例1相同，獲得孔隙直徑為10微米的、且孔隙貫通的海藻酸-聚丙烯酰胺雙網絡聚合物水凝膠支架。

實施例4

步驟a)中，打印孔徑為5000微米的多孔聚乳酸支架，其他制備條件和實施例1相同，獲得孔隙直徑為5000微米的、且孔隙貫通的海藻酸-聚丙烯酰胺雙網絡聚合物水凝膠支架。

實施例5

使用殼聚糖作為第一種聚合物p1，其他制備條件和實施例1相同，獲得孔隙直徑為500微米的、且孔隙貫通的殼聚糖-聚丙烯酰胺雙網絡聚合物水凝膠支架。

實施例6

使用聚乙烯醇作為第一種聚合物p1，其他制備條件和實施例1相同，獲得孔隙直徑為500微米的、且孔隙貫通的聚乙烯醇-聚丙烯酰胺雙網絡聚合物水凝膠支架。

實施例7

使用i-型膠原作為第一種聚合物p1，其他制備條件和實施例1相同，獲得孔隙直徑為500微米的、且孔隙貫通的i-型膠原-聚丙烯酰胺雙網絡聚合物水凝膠支架。

實施例8

使用甲基丙烯酰胺作為不飽和烯單體，其他制備條件和實施例1相同，獲得孔隙直徑為500微米的、且孔隙貫通的海藻酸-聚甲基丙烯酰胺雙網絡聚合物水凝膠支架。

實施例9

使用戊二醛作為多烯交聯劑，其他制備條件和實施例1相同，獲得孔隙直徑為500微米的、且孔隙貫通的海藻酸-聚丙烯酰胺雙網絡聚合物水凝膠支架。

實施例10

步驟d)中，使用三氯甲烷作為有機溶劑，其他制備條件和實施例1相同，獲得孔隙直徑為500微米的、且孔隙貫通的海藻酸-聚丙烯酰胺雙網絡聚合物水凝膠支架。