本发明涉及再生医学材料的技术领域，更具体地说，它涉及一种以长短纤维制备得到的凝胶类膜及其基于抄造技术的制备工艺和应用。
背景技术：
目前，在凝胶类产品领域，由于凝胶类产品的溶液具有不同程度的粘稠度，纤维具有不同的长度，为了制作出具有不同拉伸强度的产品，需要将溶液中纤维牵连在一起，但是，现有的制作方法不适用于制作拉伸强度较高的产品，无法实现产品的制作。
抄造工艺，成熟应用领域在于造纸行业，常用于纸张加工工艺，包括废纸造纸、面巾纸制作、牛皮纸制作、纸浆抄造。抄造工艺也被用于烟叶制作、纤维无纺布的制作等。但是在生物材料领域，针对凝胶类产品，包括明胶、壳聚糖、胶原等生物可降解材料，抄造工艺鲜少使用。而现有凝胶类产品中有一种海绵类产品，其制备步骤为：将胶原以质量百分比为0.3～3％的量加入酸液中，搅拌均匀后形成凝胶溶液，倒入模具中直接冷冻干燥获得海绵类产品。该类产品形成过程中，纤维较短，拉伸性能较弱，其拉伸强度一般为0.08～0.1mpa；除此以外，常规的凝胶类膜的制备工艺无法根据需求制备出不同拉伸性能的凝胶类膜，上述的缺陷限制了凝胶类膜的应用。
授权公告号为104740682的发明专利公开了一种羟基磷灰石/明胶-羧甲基壳聚糖复合支架，由羟基磷灰石、明胶、羧甲基壳聚糖构成，其中，羟基磷灰石、明胶、羧甲基壳聚糖的质量比为(60～80)：(10～20)：(10～20)。其采用明胶和羧甲基壳聚糖为模板原位合成羟基磷灰石，然后通过粒子沥滤结合冷冻干燥法制备复合支架材料。但是上述复合支架的制备工艺中原料的混合制备以及后期的交联工艺较为复杂、繁琐。
因此，提供一种制作方便、拉伸强度高的凝胶类膜以及一种制备不同拉伸强度的凝胶类膜的制备工艺是具有重要意义的。
技术实现要素：
针对现有技术存在的不足，本发明的第一个目的在于提供一种以长短纤维制备的凝胶类膜的基于抄造技术的制备工艺，其具有利用抄造工艺，通过调节纤维长短、经不同纤维浓度以及不同压力等条件参数以及工艺过程，使得凝胶类膜的拉伸性能明显提高的优点。
本发明的第二个目的在于提供一种以长短纤维制备的凝胶类膜，其具有拉伸性能较好以及生物相容性好的优点。
本发明的第三个目的在于提供一种以长短纤维制备的凝胶类膜的应用，其具有在组织工程及再生医学领域应用广泛的优点。
为实现上述第一个目的，本发明提供了如下技术方案：一种以长短纤维制备的凝胶类膜的基于抄造技术的制备工艺，所述工艺包括以下步骤：
s1：于溶液槽中放入体积为v1的水，随后将抄造网放置于溶液槽内，并使抄造网浸没于水中；
s2：将体积为v2的长短纤维凝胶类溶液倒入溶液槽中，随后长短纤维凝胶类溶液被收集于抄造网上，晃匀，其中v1：v2＝(0.2～2):1；
s3：将抄造网从溶液槽中捞出，捞在抄造网上的长短纤维凝胶类溶液的量为0.1～3mm3/mm2，通过控干使得抄造网上的长短纤维凝胶类溶液中的液体流出，直至抄造网上的长短纤维不随意分散、无纤维随过多液体随意流动、长短纤维层均匀平铺，即形成凝胶类海绵，此时流出的液体与捞在抄造网上的长短纤维凝胶类溶液的体积比为(0.3～0.8)：1；
s4：将挤压后的凝胶类膜置于低温条件下冷冻后，进行脱膜处理；
s5：将脱膜处理的凝胶类膜进行真空冷冻干燥即可。
通过采用上述技术方案，利用抄造技术制备凝胶类膜的过程中，首先，以上述的方式将长度不同的纤维凝胶混合，长度不同的纤维凝胶之间互相混合，纤维原料之间的间隙相对较小，有利于后期制备出的凝胶类膜的较强力学性能的形成；同时，在对凝胶类海绵进行脱水的过程中，采用冷冻挤压和真空冷冻干燥的方式对这样的方式，在保证脱水需求的同时进一步对凝胶类海绵进行物理交联，使得长短纤维之间的物理交联更加紧密，进一步促进形成拉伸强度高的凝胶类膜。除此以外，本发明的方法能够根据前期调配完长短纤维后，根据临床患处空间需求和产品效果需求，使用抄造技术，通过单位体积的换算，可随时获得不同纤维密度、不同纤维厚度，形成相应拉伸强度的产品，实现制备过程的可控，节省制造的全过程时间，充分利用原材料，节约原材料成本，减少浪费。
进一步地，所述长短纤维凝胶类溶液通过以下步骤制备得到：
将原料以质量百分比为0.3～3％的量加入酸液中，搅拌均匀后形成凝胶溶液；随后加入一定量的酸液或碱液，形成长短纤维凝胶类溶液，所述长短纤维凝胶类溶液中的纤维长度为0.5～5cm；
其中所述原料为明胶、胶原、胶原-壳聚糖混合物或明胶-壳聚糖混合物中的一种，所述胶原-壳聚糖纤维中的胶原和壳聚糖以任意比例混合，所述明胶-壳聚糖纤维中的明胶和壳聚糖以任意比例混合。
通过采用上述技术方案，由于采用具有一定生物相容性的原料进行凝胶类膜的制备，使得制备得到的凝胶类膜在组织工程以及可再生医学领域有较好的应用，同时利用不同长度的纤维凝胶进行凝胶类膜的制备，不同长度的纤维凝胶之间排列更加紧密，形成的微观间隙更小，有利于增强最终制备得到的凝胶类膜的拉伸强度。除此以外，原料中选用明胶纤维、胶原纤维、胶原-壳聚糖纤维以及明胶-壳聚糖纤维中的一种。其中，胶原的主要化学成分是胶原蛋白，在酸性溶液中纤维膨胀，在沸水中可水解为白明胶；胶原纤维和弹性纤维交织在一起组成了既有韧性、又有弹性，既能使器官与组织抵抗外来牵引力，又能保持形态和位置相对固定的疏松结缔组织。而壳聚糖为天然多糖甲壳素脱除部分乙酰基的产物，具有生物降解性、生物相容性、无毒性、抑菌、抗癌、降脂、增强免疫等多种生理功能。
原料在酸性条件下各原料溶胀后形成凝胶状溶液，随后加入碱液调节之后形成纤维溶液：在碱液的添加下，凝胶中的原料聚合成原纤维，随后原纤维之间在分子内、分子间作用力下进一步缩合、交联，形成相应的纤维进一步地，所述酸液选自包括盐酸溶液、醋酸溶液、乳酸溶液中的一种；所述碱液选自包括氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液中的一种。
进一步地，所述弱酸性长短纤维凝胶类溶液的ph为4.0～5.7。
进一步地，所述步骤s3中的控干方式为负压真空控干或自然重力控干；所述负压真空控干的条件为在-0.1～-0.08mpa下控干5～60min，所述自然重力控干的条件为在室温下控干3～48h。
通过采用上述技术方案，本发明的凝胶类膜在制备的过程中可采用的控干方式较为多样化，相对来说负压真空控干的方式更加高效，而自然重力控干的方式更加节能。在上述的控干条件下，得到的凝胶类海绵的含水量较少，便于后期的脱水、挤压以及真空冷冻干燥的过程。除此以外，通过上述的控干步骤之后，表观上看将较厚的长短纤维凝胶类溶液变成较薄的凝胶类海绵，微观上来讲，该过程使得纤维之间的的微观间隙变小，纤维-纤维间的牵拉强度达到最大，有利于制备得到拉伸强度较大的凝胶类膜。
进一步地，所述步骤s6中低温冷冻的条件为在-20℃下冷冻20～60min或者在-80℃下冷冻15～50min。
通过采用上述技术方案，由于凝胶类海绵经挤压排水后已变柔软，使得后续的脱模操作具有一定的困难，经冷冻变硬后便于后期的脱模处理。
进一步地，进行步骤s3所述负压真空的控干方式后还包括以下步骤：
将托附于抄造网上的凝胶类海绵置于-20℃下冷冻20～40min或者在-80℃下冷冻10～30min；随后对冷冻后的凝胶类海绵挤压排水，施加的挤压力为10～90kg，施加挤压力的时间为10～120min，形成凝胶类膜。
通过采用上述技术方案，通过外部施压以及负压或自然晾干等工序，对长短纤维凝胶海绵进行进一步固化，可使纤维之间的排列更紧密，微观间隙更小，有助于增强纤维间的牵拉强度，使其具有一定的抗压能力，便于后期的挤压排水，同时有助于较强拉伸强度的凝胶类膜的制备。
在上述的条件下保证有效脱水的前提条件下不会破坏凝胶类海绵的外观，且采用机械压力实现凝胶类海绵内的长短纤维间的物理交联，使得最终制备得到的凝胶类膜具有较好的拉伸强度。
为实现上述第二个目的，本发明提供了如下技术方案：一种以长短纤维制备的凝胶类膜，所述凝胶类膜的厚度为0.02～1.0mm，拉伸强度为1～70mpa。
通过采用上述技术方案，上述的凝胶类膜的厚度使得其在用于组织工程和再生医学领域时，凝胶类膜能够较好的与创面的愈合情况相适配，在初始使用的时候起到隔离、止血、修复等生物学功能，同时在适宜的时间自我分解，不在人体内残留；同时这样的力学强度，使得本发明的凝胶类膜在使用的时候具有一定的外力抵抗性能，不易破碎，使用寿命较长，实用性较强。
为实现上述第三个目的，本发明提供了如下技术方案：一种以长短纤维制备的凝胶类膜的应用，所述凝胶类膜用作支架修复、粘膜修复、止血以及促进伤口愈合的敷料等。
通过采用上述技术方案，将抄造技术与生物材料技术领域相结合，可以更好的解决凝胶类产品的工艺难题，从而，获得纤维量可控、厚度可控、拉伸强度可控的的制备工艺，得到所期望的较高拉伸强度的膜产品，具有较好的生物相容性。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
第一、本发明的制备工艺通过利用抄造技术制备凝胶类膜，首先将长度不同的纤维混合，纤维原料之间相对较小的间隙有利于后期制备出的凝胶类膜的较强力学性能的形成；同时，采用冷冻挤压的方式对凝胶类海绵进行有效的物理交联，促进形成拉伸强度高的凝胶类膜；制备工艺简单高效。
第二、本发明制备得到的凝胶类膜由于首先原料的生物相容性、生物修复能力较强；其次制备凝胶类膜的过程中没有添加额外的生化类交联剂，使得本发明的凝胶类膜的生物相容性强、应用广泛。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。
其中，明胶购自sigma；壳聚糖购自盖德化工网；胶原购自盖德化工。经测定，纤维原料的纤维长度为0.5～5cm。
本发明所使用的抄造网的孔径为20～140目；本发明的负压真空控干的方式可以通过真空泵实现；本发明的冷冻可以通过低温冰箱实现，低温冰箱购自海尔；本发明的挤压排水可以通过重力板实现；本发明的冷冻干燥可以通过冷冻干燥机实现，冷冻干燥机购自东富龙。
原料的制备例
制备例1
长短纤维凝胶类溶液的制备：
称取一定量的明胶，加入ph3.0的盐酸溶液中，配制成明胶的质量分数为1.6％的明胶凝胶类溶液；随后加入一定量的质量分数为2.4％的氢氧化钠溶液，使得其ph值为5.0，明胶凝胶类溶液中出现长短纤维，搅拌均匀后制备得到长短纤维凝胶类溶液，长短纤维的长度为0.5～5cm。
制备例2
长短纤维凝胶类溶液的制备：
称取一定量的胶原，加入ph5.0醋酸溶液中，配制成胶原的质量百分比为3％的胶原凝胶类溶液；随后加入一定量的质量分数为1.0％的氢氧化钠溶液，使得其ph值为5.7，胶原凝胶类溶液中出现长短纤维，搅拌均匀后制备得到长短纤维凝胶类溶液，长短纤维的长度为0.5～5cm。
制备例3
长短纤维凝胶类溶液的制备：
称取一定量的明胶-壳聚糖，加入ph5.2的乳酸溶液中，配制成长短纤维的质量百分比为0.3％的明胶-壳聚糖凝胶类溶液；随后加入一定量的ph3.0的盐酸溶液，使得其ph值为4.0，明胶-壳聚糖凝胶类溶液中出现长短纤维，搅拌均匀后制备得到长短纤维凝胶类溶液，长短纤维的长度为0.5～5cm。其中明胶和壳聚糖以任一比例混合。
制备例4
本制备例与制备例1的区别在于，长短纤维凝胶类溶液的制备的原料为胶原-壳聚糖，其中胶原和壳聚糖以任一比例混合。
实施例
实施例1
一种以长短纤维制备的凝胶类膜的基于抄造技术的制备工艺，包括以下步骤：
s1：于溶液槽中放入体积为v1的水，随后将抄造网放置于溶液槽内，并使抄造网浸没于水中；
s2：将制备例1中的制备好的长短纤维凝胶类溶液量取v2体积的量，倒入溶液槽中，由于抄造网的孔径较小，长短纤维凝胶被收集于抄造网上，晃匀，其中v1：v2＝0.2:1；
s3：将抄造网从溶液槽中捞出，捞在抄造网上的长短纤维凝胶类溶液的量为0.1mm3/mm2，通过负压真空控干的方式，在-0.08mpa的压力下控干5min，使得抄造网上的长短纤维凝胶类溶液中的液体流出，直至抄造网上的长短纤维不随意分散、无纤维随过多液体随意流动、长短纤维层均匀平铺，即形成凝胶类海绵，其中流出的液体与捞在抄造网上的长短纤维凝胶类溶液的体积比为0.3：1；
s4：将托附于抄造网上的凝胶类海绵置于-20℃下冷冻20min，使之具有一定的硬度；
s5：对冷冻后的凝胶类海绵挤压在10kg的压力下挤压10min，使得凝胶类海绵形成凝胶类膜；
s6：将挤压后的凝胶类膜置于-20℃下冷冻20min，随后进行脱膜处理，即将冷冻后具有一定硬度的凝胶类膜直接从抄造网上撕剥即可；
s7：将脱膜处理的凝胶类膜进行真空冷冻干燥即可，在真空度为0.3mbar的情况下，冷冻第一阶段是在-40℃下冷冻120min；冷冻第二阶段是在0℃的条件下冷冻1200min；干燥阶段是在20℃的条件下干燥90min；
s8：随后将使用滚动轮在冷冻干燥后的凝胶类膜表面进行滚动，使凝胶类膜表面更加光滑，随后灭菌保存即可。
检测制备得到的凝胶类膜的相关性能，其具体性能见表1。
实施例2
一种以长短纤维制备的凝胶类膜的基于抄造技术的制备工艺，包括以下步骤：
s1：于溶液槽中放入体积为v1的水，随后将抄造网放置于溶液槽内，并使抄造网浸没于水中；
s2：将制备例1中的制备好的长短纤维凝胶类溶液量取v2体积的量，倒入溶液槽中，由于抄造网的孔径较小，长短纤维凝胶被收集于抄造网上，晃匀，其中v1：v2＝2:1；
s3：将抄造网从溶液槽中捞出，捞在抄造网上的长短纤维凝胶类溶液的量为3mm3/mm2，通过负压真空控干的方式，在-0.1mpa的压力下控干60min，使得抄造网上的长短纤维凝胶类溶液中的液体流出，直至抄造网上的长短纤维不随意分散、无纤维随过多液体随意流动、长短纤维层均匀平铺，即形成凝胶类海绵，其中流出的液体与捞在抄造网上的长短纤维凝胶类溶液的体积比为0.8：1；
s4：将托附于抄造网上的凝胶类海绵置于-20℃下冷冻40min，使之具有一定的硬度；
s5：对冷冻后的凝胶类海绵挤压在90kg的压力下挤压120min，使得凝胶类海绵形成凝胶类膜；
s6：将挤压后的凝胶类膜置于-20℃下冷冻60min，随后进行脱膜处理，即将冷冻后具有一定硬度的凝胶类膜直接从抄造网上撕剥即可；
s7：将脱膜处理的凝胶类膜进行真空冷冻干燥即可，在真空度为0.3mbar的情况下，冷冻第一阶段是在-40℃下冷冻120min；冷冻第二阶段是在0℃的条件下冷冻1200min；干燥阶段是在20℃的条件下干燥90min；
s8：随后将使用滚动轮在冷冻干燥后的凝胶类膜表面进行滚动，使凝胶类膜表面更加光滑，随后灭菌保存即可。
检测制备得到的凝胶类膜的相关性能，其具体性能见表1。
实施例3
一种以长短纤维制备的凝胶类膜的基于抄造技术的制备工艺，包括以下步骤：
s1：于溶液槽中放入体积为v1的水，随后将抄造网放置于溶液槽内，并使抄造网浸没于水中；
s2：将制备例1中的制备好的长短纤维凝胶类溶液量取v2体积的量，倒入溶液槽中，由于抄造网的孔径较小，长短纤维凝胶被收集于抄造网上，晃匀，其中v1：v2＝1:1；
s3：将抄造网从溶液槽中捞出，捞在抄造网上的长短纤维凝胶类溶液的量为1.5mm3/mm2，通过负压真空控干的方式，在-0.1mpa的压力下控干30min，使得抄造网上的长短纤维凝胶类溶液中的液体流出，直至抄造网上的长短纤维不随意分散、无纤维随过多液体随意流动、长短纤维层均匀平铺，即形成凝胶类海绵，其中流出的液体与捞在抄造网上的长短纤维凝胶类溶液的体积比为0.55：1；
s4：将托附于抄造网上的凝胶类海绵置于-20℃下冷冻25min，使之具有一定的硬度；
s5：对冷冻后的凝胶类海绵挤压在50kg的压力下挤压65min，使得凝胶类海绵形成凝胶类膜；
s6：将挤压后的凝胶类膜置于-20℃下冷冻50min，随后进行脱膜处理，即将冷冻后具有一定硬度的凝胶类膜直接从抄造网上撕剥即可；
s7：将脱膜处理的凝胶类膜进行真空冷冻干燥即可，在真空度为0.3mbar的情况下，冷冻第一阶段是在-40℃下冷冻120min；冷冻第二阶段是在0℃的条件下冷冻1200min；干燥阶段是在20℃的条件下干燥90min；
s8：随后将使用滚动轮在冷冻干燥后的凝胶类膜表面进行滚动，使凝胶类膜表面更加光滑，随后灭菌保存即可。
检测制备得到的凝胶类膜的相关性能，其具体性能见表1。
实施例4
本实施例与实施例1的区别在于：本实施例在步骤s3中，其控干的方式为自然重力控干，即在室温下控干6h；同时不进行步骤s4和s5；步骤s6中，将挤压后的凝胶类膜置于-80℃下冷冻15min，随后进行脱膜处理。其它步骤同实施例1。
实施例5
本实施例与实施例2的区别在于：本实施例在步骤s3中，其控干的方式为自然重力控干，即在室温下控干24h；同时不进行步骤s4和s5；步骤s6中，将挤压后的凝胶类膜置于-80℃下冷冻50min，随后进行脱膜处理。步骤其它同实施例2。
实施例6
本实施例与实施例3的区别在于：本实施例在步骤s3中，其控干的方式为自然重力控干，即在室温下控干12h；同时不进行步骤s4和s5；步骤s6中，将挤压后的凝胶类膜置于-80℃下冷冻20min，随后进行脱膜处理。其它同实施例3。
实施例7-18
实施例7-18与实施例3的区别具体见表1，其它同实施例3。
表1实施例7-18的实施方式表
表2实施例1-18的制备得到的凝胶类膜的性能参数表
其中：凝胶类膜厚度通过游标卡尺检测尺寸；拉伸强度采用yy/t528检测方法检测。
本发明的实施例1-6中对比了不同实施方式制备得到的凝胶类膜的相关性能参数，其中在实施例3制备得的膜的厚度和拉伸强度的性能较佳，其凝胶类膜的厚度为0.5mm，拉伸强度为17mpa。
对比例1-6
对比例1-6与实施例3的区别具体见表3，其它同实施例3。对应制备得到的凝胶类膜的性能参数见表3。
表3对比例1-6的实施方式以及制备得到的膜的相关性能参数表
其中：凝胶类膜厚度通过游标卡尺检测尺寸；拉伸强度采用yy/t528检测方法检测。
从实施例1～18的检测结果表明，本发明的工艺方法制备得到的凝胶类膜的拉伸强度为1.0～45mpa，膜厚为0.04～1.0mm。
从实施例1～18的检测结果表明，本发明的工艺方法制备得到的凝胶类膜的拉伸强度为1.0～45mpa，膜厚为0.04～1.0mm。对比例1～2制备得到的膜过于厚，因此虽然拉伸强度较大，但是不实用，影响后期使用过程中的物质交换。对比例3、对比例5和对比例6制备得到的膜虽然性能较好，但是对比例3制备得到的膜和实施例12的膜的性能相同，对比例5制备得到的膜和实施例14的膜性能相同，对比例6制备得到的膜和实施例18制备得到的膜性能相同，因此从制备过程中节约能量、节约时间成本的角度考虑，不采取对比例3的实施方式。对比例4制备得到的膜其拉伸强度较低。
实施例19-27
实施例19-27与实施例6的区别见表4，其它同实施例6。
表4实施例19-27的实施方式表
其中：凝胶类膜厚度通过游标卡尺检测尺寸；拉伸强度采用yy/t528检测方法检测。
对比例7-10
对比例7-10与实施例6的区别具体见表5，其它同实施例5。对应制备得到的凝胶类膜的性能参数见表5。
表5对比例7-10的实施方式以及制备得到的膜的相关性能参数表
其中：凝胶类膜厚度通过游标卡尺检测尺寸；拉伸强度采用yy/t528检测方法检测。
从实施例1～18的检测结果表明，本发明的工艺方法制备得到的凝胶类膜的拉伸强度为7～70mpa，膜厚为0.02～0.2mm。
从实施例19～27的检测结果表明，本发明的工艺方法制备得到的凝胶类膜的拉伸强度为7～70mpa，膜厚为0.02～0.2mm。对比例7制备得到的膜过于厚，因此虽然拉伸强度较大，但是不实用，影响后期使用过程中的物质交换。对比例8制备得到的膜其拉伸强度较低，因此不采取对比例8的实施方式制备凝胶类膜。对比例9和对比例10制备得到的膜虽然性能较好，但是对比例9制备得到的膜和实施例24的膜的性能相同，对比例10制备得到的膜和实施例27的膜性能相同，从制备过程中节约能量、节约时间成本的角度考虑，不采取对比例9-10的实施方式制备得到的膜。
取本发明的实施例3制备得到的凝胶类膜在进行消毒灭菌之后用于神经修复支架、止血纤维、止血海绵以及促进伤口愈合的敷料等领域。由于本发明的凝胶类膜的原材料本身具有较好的生物相容性、低毒性等性能；除此以外，本发明的凝胶类膜在制备的过程中并未添加额外的有机试剂或者生物试剂，直接采用物理交联的方式使得凝胶类膜具有较高的拉伸强度，因此本发明的凝胶类膜在后期处理中免去交联试剂的脱除步骤，制备工艺更加简单，操作高效。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。