[發明專利]一種用于皮膚支架3D打印的生物水凝膠及其制備方法

在審

• 申請號: 201611221871.1
• 申請日: 2016-12-27
• 公開（公告）號: CN106581753A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 周驥平;姜亞妮;許曉東;張琦;朱興龍;趙國琦
• 申請（專利權）人: 揚州大學
• 主分類號: A61L27/24
• 分類號: A61L27/24;A61L27/20;A61L27/52;A61L27/58;A61L27/60;C08J3/24;C08L89/00;C08L1/02
• 代理公司: 揚州蘇中專利事務所(普通合伙)32222
• 代理人: 許必元

技術領域

本發明屬于3D打印技術領域，涉及一種用于皮膚支架3D打印的生物水凝膠及其制備方法，具體的說是涉及一種具有生物相容性、生物可降解性、生物活性并滿足皮膚支架力學性能的復合材料及其制備方法。

背景技術

皮膚是人體最大的器官，大面積暴露于外部環境的皮膚組織時刻可能受到損傷，其中燒傷、機械創傷以及慢性疾病導致的潰瘍是造成皮膚缺損及功能喪失的主要原因，對于任何直徑大于４cm 的全層皮膚缺損，人體都無法通過自身來完全愈合。近年來組織工程技術的發展為其治療提供了新思路，成為近年研究熱點。組織工程皮膚是指由將細胞或細胞外基質或兩者共同結合組成的皮膚產品。多采用低溫成型和模型注塑，步驟繁瑣，各過程精度不易把握，制作的支架性能差異很大，也不能隨意改變支架的走向和孔隙，3D打印技術的出現為解決上述問題提供了可能。3D打印機能按照預設的模型精準打印，具有成型迅速、樣品標準、規模量產等優點，并且可通過改變各種參數打印出不同規模的支架。3D打印皮膚支架所使用的材料在組織工程皮膚構建中起著重要作用，支架材料的研究及選擇是人工皮膚的重要研究內容，同時也制約著3D打印組織工程支架的發展。

皮膚組織工程的3D生物打印材料分為人工合成材料和天然高分子材料兩大類。人工合成材料包括聚交酯，聚羥基烷酸酯，聚碳酸酯，聚乳酸，聚羥基乙酸等。人工合成材料具有良好的力學性能和可塑性，容易打印成型，但其降解產物多引起周圍炎癥，生物相容性較差。天然高分子材料包括膠原、殼聚糖、細胞基質等。天然高分子具有良好的生物相容性、生物可降解性及生物活性，可以更好的誘導受傷皮膚的自我恢復。但天然高分子材料力學性能較差，且在體內各種酶的作用下降解速度過快，新生組織還未長好時支架已經坍塌。因此，尋找一種具有良好生物相容性、生物可降解性、生物活性及力學性能的材料尤為重要。一旦解決了3D打印皮膚支架的材料問題，該技術將快速運用到皮膚損傷的治療中。

發明內容

本發明的目的是針對上述現有技術存在的不足，本發明提供了一種用于皮膚支架3D打印的生物水凝膠及其制備方法，可減緩膠原在人體內的降解速度，可進一步提高生物水凝膠的力學性能和穩定性能。

本發明的技術方案是：一種用于皮膚支架3D打印的生物水凝膠，其特征在于，所述生物水凝膠由以下固體質量百分含量的原料組成：NCC(納米纖維素)1～15%、COL(膠原) 65～98%、交聯劑 0.01%～20%。

所述交聯劑為京尼平、硫酸肝素、戊二醛中的任意一種。

所述的COL是指Ⅰ型、Ⅱ型或兩者的混合。

所述NCC是從天然植物纖維或微晶纖維素中分離得到，NCC的直徑為1～20nm，長度為100～1500nm。

一種用于皮膚支架3D打印的生物水凝膠的制備方法，其特征在于，包括如下操作步驟：

(1)準備溶劑：采用醋酸水溶液、六氟異丙醇、1，4-二氧六烷中的一種或任意幾種混合；

(2)將NCC、COL置于步驟1的溶劑中進行共混，共混溫度為1～25℃，共混時間為6～48h，攪拌速度200～2000rpm后得到NCC-COL共混液；

(3)將交聯劑加入到步驟2中的NCC-COL共混液中，在1～25℃條件下攪拌1～4h，攪拌速度200～2000rpm，4℃靜置過夜待其充分交聯，得到NCC增強的交聯改性膠原蛋白生物水凝膠；

(4)將制得的生物水凝膠在1～10℃條件下進行無菌儲存。

本發明的有益效果為：

(1)本發明所使用的NCC可從諸多天然植物、農作物廢棄物，或從從微晶纖維素中通過常規化學方法獲取，提高了植物纖維的附加價值；

(2)本發明所使用的NCC為直徑1～20nm，長度100～1500nm，如此小的粒徑更便于從3D噴頭中擠出；

(3)本發明所使用的NCC和膠原具有良好的生物可降解性和生物相容性，此外，膠原用作皮膚支架材料具有很好的生物活性；

(4)使用交聯劑對膠原進行交聯改性，可提高膠原本身的機械強度，并提高了膠原的穩定性，可減緩膠原在人體內的降解速度；

(5)NCC作為增強填充材料，由于其自身的高縱橫比和高楊氏模量可進一步提高生物水凝膠的力學性能。

具體實施方式

下面通過實施例對本發明作進一步的說明：

具體實施方式1

(1)各原料的固體質量百分含量：NCC2%，COL (Ⅰ型)97%，硫酸肝素1%；

(2)所使用的溶劑為0.5mol/L的醋酸水溶液，溶質總質量與溶劑的質量比為2：98；