[發明專利]一種骨組織三維微納尺度預制血管網絡的構建系統和方法

有效

• 申請號: 201710363049.7
• 申請日: 2017-05-22
• 公開（公告）號: CN107296983B
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 胡慶夕;孫程艷;劉媛媛;李帥;李冬冬
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: A61L27/52
• 分類號: A61L27/52;A61L27/22;A61L27/38;A61L27/20;A61L27/16;A61L27/18;A61L27/50;B29C64/106;B29C64/20;B29C64/40;B33Y10/00;B33Y30/00;B33Y70/10
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 陸聰明

本發明公開了一種骨組織三維微納尺度預制血管網絡的構建系統和方法，用于生物制造領域，采用電流體動力學直寫工藝與減材制造技術相結合制造微納尺度的預制血管通道結構。本發明所需要犧牲材料的三維形狀由無水乙醇催發犧牲材料溶液制得，整個過程無有害物質產生且材料易獲得。借助于PVA、PGA和殼聚糖的可打印性來成型微納尺度的血管結構，解決了采用生物3D打印無法獲得三維微納尺度血管網絡的問題。對于臨床醫學上解決人體組織修復問題中的血管尺度問題具有重要意義。

技術領域

本發明涉及一種骨組織三維微納尺度預制血管網絡的構建系統和方法，應用于生物制造技術領域。

背景技術

組織工程的最終目標是植入人造組織或器官來代替人體內的病變部位，為組織或器官移植提供不同的解決方案，以提高生活質量、延長生命活動。生物3D打印技術在再生組織修復方面有了很大的進展，已經制備了大量的生物支架應用于臨床，如皮膚、骨骼、軟骨和神經。但仍有一些技術障礙需要克服，其中之一是構建三維微納尺度預制血管網絡，特別是對于尺寸較小的組織和器官。血管網絡起到向組織和器官遞送營養物質和排除新陳代謝產物的作用，避免體內組織器官壞死。因此，組織工程結構的預血管化對于將體外制造的組織有效地轉移至臨床醫學有著極其重要的意義。

目前，一些研究人員已經用不同的方法獲得了可灌注的預制血管網絡。其中一種方法是用3D打印將犧牲模塊應用于生物制造過程，犧牲模塊包裹在水凝膠中，待水凝膠成型后溶解掉犧牲模塊，從而形成具有含預制血管網絡的支架。海藻酸鈉和瓊脂糖等水凝膠已被用作支架材料，在合成材料、PDMS和纖維支架上填充水凝膠，溶解犧牲模塊以形成三維血管網絡結構。可溶于水的蔗糖也可以用來產生圓柱形微流體通道，從而制造三維血管結構。雖然這種方法可以制造出類似于人體骨組織三維血管網絡結構，但所得到的血管通道的尺寸比較大，不適用人體較小尺度的血管網。因此，這種方法并不能有效地解決骨組織微納尺度預制血管化網絡制造的的問題。

發明內容

為了解決現有技術問題，本發明的目的在于提供一種骨組織三維微納尺度預制血管網絡的構建系統和方法，利用電流體動力學直寫工藝與減材制造技術相結合制造微納尺度的預制血管通道結構，直寫含聚合物Ⅰ和聚合物Ⅱ的混合溶液制備三維微納尺度預制血管網絡，使得所構建的預制血管網絡結構具有三維微納尺度，以便更好地模擬骨組織的血管結構，進行快速修復，提高修復速率。

為達到上述目的，本發明采用下述技術方案：

一種骨組織三維微納尺度預制血管網絡的構建系統，包括3D打印機，醫用注射器，旋轉接收圓軸，無水乙醇浴缸和高壓電源，所述醫用注射器安裝在3D打印機上，醫用注射器的針頭與高壓電源的正極相連，作為3D打印噴頭，所述旋轉接收圓軸安裝在3D打印噴頭下方，通過電機驅動旋轉，所述旋轉接收圓軸與高壓電源的地線相連，在旋轉接收圓軸下方放置無水乙醇浴缸；在高壓電場作用下，產生靜電力形成泰勒錐，電紡絲射流穩定可控，一步實現纖維絲的精確定位與形貌控制，形成未固化的流體纖維，在無水乙醇的催促揮發下形成固化的纖維。所述旋轉接收圓軸的可以為鋁合金圓軸。

一種骨組織三維微納尺度預制血管網絡的構建方法，使用上述的骨組織三維微納尺度預制血管網絡的構建系統，包括如下步驟：

a. 采用聚合物Ⅰ和聚合物Ⅱ的共混液作為犧牲材料，以無水乙醇為催發劑，旋轉接收圓軸為接收裝置，將高壓電源的正極與3D打印噴頭相連，地線與旋轉接收圓軸相連，當有電壓時形成的纖維絲將噴頭與旋轉接收圓軸連接，形成閉合的通路，通過縮短噴頭與旋轉接收圓軸的距離實現對直寫過程的控制；

b. 將在步驟a中噴頭換為規格為20G的針頭，在3D打印機中輸入犧牲結構的編碼程序并運行，在高壓電場作用下，電荷借助電極，通過分子極化以及電解質電離的方式形成流體纖維，在旋轉接收圓軸上打印出微納尺度的流體纖維，并通過逐層疊加的方式制備三維犧牲結構，同時旋轉接收圓軸在轉動時與無水乙醇接觸，從而快速形成具有三維結構的聚合物Ⅰ和聚合物Ⅱ共混的犧牲模塊；