[發明專利]一種3D生物打印水凝膠材料及其應用

無效

• 申請號: 201410363077.5
• 申請日: 2014-07-28
• 公開（公告）號: CN104107457A
• 公開（公告）日: 2014-10-22
• 發明（設計）人: 段升華;潘靜雯
• 申請（專利權）人: 段升華
• 主分類號: A61L27/52
• 分類號: A61L27/52;A61L27/54;A61L27/50;A61L27/14
• 代理公司: 中山市科創專利代理有限公司 44211
• 代理人: 毛海娟

【技術領域】

本發明涉及一種3D生物打印材料及其應用，尤其涉及一種基于生物高分子的3D生物打印水凝膠材料及其應用，屬于生物材料技術領域。

【背景技術】

傳統數控制造一般是在原材料基礎上，使用切割、磨削、腐蝕、熔融等辦法，去除多余部分，得到零部件，再以拼裝、焊接等方法組合成最終產品。而3D打印是一種數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層堆疊累積的方式來構造物體的技術，因此也稱為“增材制造”(additive?manufacturing)。3D打印無需原胚和模具，就能直接根據計算機圖形數據生成任何形狀的物體，簡化產品的制造程序，縮短產品的研制周期，提高效率并降低成本。

3D打印技術又稱增材制造技術，實際上是快速成型領域的一種新興技術，它是一種以數字模型文件為基礎，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。3D打印技術從概念的提出到現在已經有30多年的發展歷史。隨著技術、設備的日趨成熟，3D打印開始走進大眾的視野并迅速成為制造業的新寵。而對醫療界而言，3D打印技術預示著一場醫學新革命或將來臨。從仿真醫療模型、生物醫療器械，到更具個性化的移植組織或氣管、更具潛力的生物高分子材料，都將聚攏于3D打印麾下。

生物打印是3D打印在醫療領域的應用，用以制造活組織和活器官，其在組織工程中的應用已然成為最熱門的研究課題之一。2009年底，澳大利亞Invetech公司和美國Organovo公司宣布攜手研制出了全球首臺商業化3D生物打印機，打印機有兩個打印頭，一個放置最多達8萬個人體細胞，被稱為“生物墨”；另一個可打印“生物紙”。所謂生物紙的主要成分是水凝膠，可用作細胞生長的支架。

基于生物大分子的水凝膠含水量高，力學性質與軟組織相似，具有良好的生物相容性、輸送養分和排泄代謝物的高效性以及包裹細胞的強大能力，這些特點使其被廣泛地用于構建組織工程支架、藥物緩釋體系等。

生物打印可以實現個性化定制，制成與人體組織高度匹配的“零件”，用于復雜骨科手術、顱骨修復、小耳畸形修復和口腔正畸等。科學家的最大的雄心便在于打印出心、肝臟等人體器官以解決全球日益增多等待器官移植患者的需求。大多數器官的結構高度復雜，常常由幾十種不同的細胞組成并發揮著各種不同的功能，以肝臟為例，其所發揮的生物學功能多達500種。從技術上講，通過沿Z軸逐層打印細胞的的3D打印機可以“搭建”出由細胞“疊成”的組織或器官，但從生物學角度說，若想這些組織或器官適用于人體移植，則需要考慮如何將不同類型的細胞“打印”至適當的位置，以使其像胚胎一樣逐漸發育成所想要的組織或器官；還要考慮如何為這些細胞提供營養物質和氧氣，即如何建造一個血液循環系統。

如今3D打印和應用于組織工程的水凝膠材料都發展到了一定的階段，如何把兩者融合到一起完成生物打印，便成了一個新的問題。生物打印技術方興未艾，而大部分應用材料還停留在基礎研究階段，既要考慮材料的物理化學及生物學性能，還需要解決“打印”成型的問題，離實際應用還有一段距離。

【發明內容】

本發明的目的是針對目前應用于生物打印的材料的短缺，提供一種基于生物大分子的，人體用免疫排斥小，生物降解性好，具有合適力學性質的3D生物打印水凝膠材料。

本發明的另一目的是提供上述3D生物打印水凝膠材料在3D生物打印中的應用。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種3D生物打印水凝膠材料，其特征在于含有細胞生長因子及營養組分。

本發明3D生物打印水凝膠材料，含有水，溫敏性聚合物和生物大分子。

本發明上述各組分的質量百分比為：

本發明中的溫敏性聚合物選自聚N-異丙基丙基酰胺類、PEO-PPO-PEO三嵌段共聚物以及具有溫變性的改性天然高分子，優選其中一種。

本發明中的生物大分子選自纖維素、透明質酸、殼聚糖、海藻酸類天然高分子及其改性物中的一種或多種。

本發明材料中還含有光聚合引發劑，交聯劑和其他調節劑，其中光聚合引發劑和交聯劑可以選擇其種一種或兩種，二者均用于調控水凝膠的網絡結構的交聯度。

本發明3D生物打印水凝膠材料優選由以下質量百分含量的組分組成：

以上各組分的百分比之和為100％。

本發明中的溫敏性聚合物為聚N-異丙基丙基酰胺(p(NIPAAm))類、PEO-PPO-PEO三嵌段共聚物(泊洛沙姆)以及具有溫變性的改性天然高分子中的一種。