技术摘要：
本发明公开了一种可打印成型的高强度体温释放药物水凝胶的制备方法，先制备化学交联的PNaAMPS水凝胶并将其研磨成粉末，再将PNaAMPS粉末加入到含有NIPAM、AAm单体和引发剂、交联剂的溶液中，可以直接灌入玻璃模具中，在紫外光光照下聚合成型。所得到的的水凝胶具有独特  全部
背景技术：
皮肤创面通常是在外力作用下导致的皮肤组织损伤。创面修复，尤其是慢性创面 修复(如糖尿病皮肤溃疡)，是一个亟待解决的世界性难题。组织损伤带来创面外露很容易 引起细菌的粘附，这将会引发机体的防御反应(炎症反应)。水凝胶敷料由聚合物交联成胶， 具有创造湿润、杀菌的创面愈合环境来临时替代皮肤，但当前用于皮肤创面修复的水凝胶 主要存在以下几个方面的问题：水凝胶缺乏强韧化机理设计而导致力学性能较差，保护创 面效果不佳，不具备创面抵御外力二次伤害的能力；创面多样性强，水凝胶敷料无法创面特 性化成型。要解决好上述难题，理想的皮肤创面敷料水凝胶的综合性能需涵盖强韧性，创面 多样性成型，抑菌性以及良好的药物释放性能等。 针对上述问题，近年来研究者们研发出了多种新型的抗菌性水凝胶。Tian等人 Tian ,R .,et  al .(2018) ."Fabrication  of  self-Healing  Hydrogel  with  On-demand  Antimicrobial  Activity  and  Sustained  Biomolecules  release  for  Infected  Skin  Regeneration."Applied  Materials&Interfaces  10(20):17018-17027.采用EDTA-Fe3 作 为交联剂交联透明质酸(HA)制备了具有抗菌性能的水凝胶。Fe3 与HA分子链上的羧酸基团 形成可逆的配位键，赋予了水凝胶优异的自愈合能力。应用在伤口表面时，细菌排泄出的透 明质酸酶可使水凝胶部分降解，局部释放出Fe3 进行杀菌。这种水凝胶制备工艺简单，且具 有良好的抗菌能力，但机械性能较差，难以实际应用。Gan等人Gan ,D .,et  al .(2018) ." Mussel-inspired  contact-active  antibacterial  hydrogel  with  high  cell  affinity,toughness,and  recoverability".Advanced  Functional  Materials  29(1): 1805964 .通过仿贻贝的策略制备了具有接触增强抗菌性能的水凝胶。通过将抗菌聚合物 (包括甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙酯)(DMAEMA)和季铵化壳聚糖(QCS)引入聚丙烯酸基体 中。双键化多巴胺(MADA)的存在可以增强细菌与水凝胶的接触，然后使水凝胶中的抗菌成 分DMAEMA和QCS有效地杀死细菌。MADA通过将非共价键引入到水凝胶中，使得水凝胶具有较 高的韧性和压缩/拉伸可回复性。此外，MADA上的儿茶酚官能团还具有提高细胞/组织亲和 性的作用，使得该水凝胶具有良好的生物相容性和细胞/组织粘附性。这种水凝胶具有良好 的抗菌性和生物相容性，但邻苯二酚结构的多巴胺类化合物易转变为醌式结构而使性能不 稳定，并受到成型方法的局限，在具有复杂形状的生物体环境中的应用受到限制。Zhao等 Zhao ,X .,et  al .(2017)"Antibacterial  anti-oxidant  electroactive  injectable  hydrogel  as  self-healing  wound  dressing  with  hemostasis  and  adhesiveness  for  cutaneous  wound  healing."Biomaterials  122:34-47.采用芳香醛基功能化的聚乙二醇- co-聚(甘油-葵二酸)作为交联剂与季胺化壳聚糖-g-聚苯胺(QCSP)进行动态化学键交联， 制备了一种具有自愈合、高粘合力的可注射水凝胶敷料。该水凝胶的原位成胶和组织粘合 3 CN 111548454 A 说　明　书 2/10 页 性能可以快速封闭任意形状的伤口，同时凝胶的止血性能和抗菌性能可以让伤口快速止血 并防止伤口感染。基于QCSP中壳聚糖组分本身的促愈合能力，该水凝胶作为生物活性敷料 在伤口愈合应用具有潜力。然而该水凝胶的合成步骤繁琐，且成胶注射液中使用盐酸，增加 了伤口应用的隐患，在伤口区域注射后原位成胶，适用于微创内镜手术的止血与封闭，但胶 水固化形成水凝胶的力学性能较低，还不能满足粘接较大创面伤口的应用要求。 之前的研究表明，通过引入功能化基团、负载药物等都是赋予水凝胶抗菌性的有 效策略。大多数的抗菌性水凝胶存在着机械性能差、难以自由成型和生物相容性较差等不 足。制备可自由成型、具有高力学性能的抗菌性水凝胶，已成为一项迫切和重要的工作。
技术实现要素：
本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种工艺简单、操作易控、原料易 得、成本较低、周期较短的可打印成型的高强度体温释放药物水凝胶的制备方法。 技术方案的具体步骤如下： 一种可打印成型的高强度体温释放药物水凝胶的制备方法，具体步骤如下： 1)制备化学交联的聚2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(PNaAMPS)水凝胶； 2)将步骤(1)制得的PNaAMPS水凝胶在真空干燥箱中干燥至恒重，研磨过筛，得到 PNaAMPS粉末； 3)将PNaAMPS粉末、N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)、丙烯酰胺(AAm)、交联剂、引发剂加 入去离子水中，在搅拌溶解后得到半透明的溶液； 4)将步骤(3)中的溶液放入模具中，使单体聚合交联，得到PNaAMPS/P(NIPAM-co- AAm)水凝胶。 优选地，步骤(1)制备化学交联的PNaAMPS水凝胶的步骤为：将AMPS、NaOH、N，N-二 甲基双丙烯酰胺(MBAA)和2-酮戊二酸(KA)加入去离子水中，在搅拌溶解后得到透明的溶 液，灌入由玻璃片和硅胶垫片组成的模具中，在紫外灯下光照聚合，得到PNaAMPS水凝胶。 优选地，得到的透明溶液中，单体AMPS的摩尔浓度为1mol/L，NaOH的摩尔浓度为 1mol/L，MBAA的摩尔浓度为0.01mol/L，KA的摩尔浓度为0.001mol/L。 优选地，步骤(2)得到的PNaAMPS粉末，其颗粒尺寸为10～200μm。 优选地，步骤(2)真空干燥的温度为80℃。 优选地，步骤(3)采用MBAA为交联剂，KA为光引发剂，步骤(3)得到的溶液中， PNaAMPS的质量浓度为0.015～0.035mg/mL，NIPAM的摩尔浓度为1～4mol/L，AAm的摩尔浓度 为1～4mol/L，MBAA的摩尔浓度为0.001 mol/L，KA的摩尔浓度为0.001mol/L。 优选地，步骤(1)和步骤(4)中，单体引发聚合交联的条件为在功率为200～500W的 高压汞灯下10～30cm处光照7～10小时。 优选地，步骤(4)在聚合反应时，在模具周围采用循环水冷却，控制模具内温度在 10～20℃。 优选地，当步骤(3)中PNaAMPS的颗粒浓度为0.030～0.035g/mL时，得到的溶液的 粘稠度可满足直接采用注射器实现3D打印自由成型。 本发明的另一目的是提供上述制备方法所得高强度体温释放药物水凝胶在创面 4 CN 111548454 A 说　明　书 3/10 页 修复敷料的应用，将所得PNaAMPS/P(NIPAM-co-AAm)水凝胶完全浸没入药物溶液中，得到药 物负载的PNaAMPS/P(NIPAM-co-AAm)水凝胶。 本发明通过将具有温度敏感性的NIPAM单体引入双网络水凝胶的第二重网络中， 在保持双网络水凝胶优异力学性能的前提下，赋予水凝胶温度敏感性这一特性，通过改变 温度可以调控水凝胶的亲疏水性，从而实现水凝胶进一步的功能化应用。而通过浸泡法引 入的小分子抗菌剂(如结晶紫CV)，具有好的亲水性。将PNaAMPS/P(NIPAM-co-AAm)/CV水凝 胶置于约37℃(高于水凝胶的低临界溶解温度)体温环境中，水凝胶网络中的PNIPAM链段发 生团聚，形成疏水的球形结构，水凝胶的网络变得更加紧密，疏水性增强，水凝胶可以粘附 在生物组织表面，并且随着水凝胶的尺寸收缩，其网络内部的部分水分被排出，部分水溶性 的药物分子随之释放出来，与组织表面的细菌发生作用，达到杀菌的目的。 本发明通过将预聚凝胶干燥并磨成粉末后加入到第二重网络单体溶液中再固化 成型制备新型双网络水凝胶，规避了传统双网络水凝胶使用的预聚物直接浸泡法制备温敏 性水凝胶时，反应过程中由于温度变化引起NIPAM单体的亲疏水性转变而在块状预聚物的 第一网络中分布不匀，造成两重网络结构不均匀进而影响力学性能的问题；传统的一锅法 制备双网络水凝胶也无法选用如本发明体系中双单体或多单体的聚合设计。在本发明的水 凝胶制备过程中，NIPAM和AAm通过自由基聚合共聚成为P(NIPAM-co-AAm)分子链，这些聚合 物分子链与大量微小粒子粉状的PNaAMPS网络相互穿插。一方面，两重网络相互穿插，在发 生形变时刚性的PNaAMPS网络进一步发生破碎耗散能量；另一方面，微小粒子粉状的 PNaAMPS网络可作为聚合物网络的物理交联剂，在形变过程中发生链滑动来调整交联点处 的分子量，平衡凝胶内部的应力分布，因此该双网络水凝胶表现出优异的力学性能。同时， 由于水凝胶在聚合第二重网络时固化成型，聚合前的单体溶液中含有吸水溶胀的PNaAMPS 颗粒，粘稠度适中，无需加入粘度调节剂(如气相二氧化硅)来调节粘度即可采用注射器挤 出线条，可以实现水凝胶的自由成型，同时避免了掺入无机填料带来的样品不均匀问题，克 服了实际应用中水凝胶形状尺寸的限制。 本发明制备的水凝胶具有优异的机械性能，且具有良好的环境响应性。制备工艺 简单易控，制备的水凝胶结构均匀，具有可自由成型、高强度、抗菌性、具有环境响应性等优 点，这将成为制备可打印成型的高强度体温释放药物抗菌水凝胶的普遍方法。 本发明与现有技术相比，具有如下优点和显著进步： 1)本发明制备工艺简单易行，可控性好，工艺条件简便，生产成本低、原料易得，产 品性能稳定，可实现大规模工业应用。 2)本发明构建了两重聚合物网络互相穿插的独特结构，构建了具有有效能量耗散 机制的双网络水凝胶。在变形时，刚性的第一重网络发生破碎耗散能量，这些网络碎块可作 为第二重网络的交联点，通过链滑动平衡内部应力，进一步耗散能量。通过这种独特的网络 结构制备的水凝胶具有优异的力学性能。 3)引入功能性单体NIPAM，赋予了水凝胶良好的环境响应性。在体温环境中，水凝 胶可黏附在组织表面，并快速释放药物分子，达到抗菌的目的，在生物工程、药物控释等领 域有应用潜能。 4)将第一重网络干燥研磨成粉末后加入到第二重网络的单体溶液中，有效地避免 制备传统双网络水凝胶的浸泡法带来的两重网络单体摩尔比不确定的风险，并且大大缩短 5 CN 111548454 A 说　明　书 4/10 页 了制备时间。在合适的配比下，第二重网络单体溶液的粘稠度适中，采用注射器挤出线条后 再光照聚合，可实现多种复杂形状，大大拓宽了水凝胶的应用场合。 附图说明 图1是PNaAMPS/P(NIPAM-co-AAm)水凝胶中的网络结构示意图； 图2是在体温环境中PNaAMPS/P(NIPAM-co-AAm)/CV的抑菌作用机理图。 其中：