[發明專利]一種3D打印生物醫用水凝膠及其制備方法

有效

• 申請號: 201810541767.3
• 申請日: 2018-05-30
• 公開（公告）號: CN108424533B
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 王曉龍;蔣盼;郭玉雄;閆昌友;周峰
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘭州化學物理研究所;義烏市中科院蘭州化物所功能材料中心
• 主分類號: C08J3/075
• 分類號: C08J3/075;B33Y70/00;A61L27/16;A61L27/20;A61L27/52;A61L27/50;C08L5/00;C08L29/04
• 代理公司: 蘭州中科華西專利代理有限公司 62002
• 代理人: 周瑞華

本發明公開了一種3D打印生物醫用水凝膠，該水凝膠按100份的重量份數計的組成及各組分的重量份數為：κ?卡拉膠4～10份、PVA（聚乙烯醇）10～15份，其余為去離子水。本發明還公開了該水凝膠的制備方法。本發明為純粹的物理交聯過程，沒有殘余的有害物質產生，而且材料本身具有良好的生物兼容性以及生物活性，適用于生物醫學、組織工程等領域。本發明制備工藝簡單，材料廉價，無需昂貴的成型設備。

技術領域

本發明屬于生物醫用水凝膠領域，涉及一種3D打印生物醫用水凝膠及其制備方法。

背景技術

水凝膠作為一種高吸水高保水軟濕材料，被廣泛應用于多種領域。水凝膠的水含量可以調控、類似于機體組織的多孔結構、良好的營養物質滲透性以及本征模量的可調控性，使得其在生物醫學領域具有更高的應用價值，目前在組織工程、機體修復、藥物釋放等方面引起了廣泛關注和研究熱潮。但是現在水凝膠用于組織工程支架的主要挑戰在于水凝膠機械性能較差、不可控的溶脹以及不能定制宏觀形狀和結構等。這些不足嚴重限制了水凝膠的實際應用。

新興的3D打印技術能夠高效的制備出具有復雜結構的水凝膠組織工程支架，拓寬了水凝膠生物醫學領域的應用，目前主要用于骨組織再生修復、組織培養等方面。國內外已經報道了一些關于3D打印水凝膠支架的研究成果，3D打印海藻酸鈉水凝膠多孔結構支架（Biomacromolecules,2015,16,1489），高密度膠原蛋白水凝膠支架（ACS Biomater. Sci.Eng.,2016,2.1800 ），結構化和功能化的絲蛋白/明膠水凝膠支架（Acta Biomater.,2015,11,233），然而這些水凝膠組織工程支架體系缺乏足夠的機械強度，長時間處于生理環境中水凝膠支架會發生不可控的溶脹過程，會進一步削弱水凝膠支架的機械強度。此外，目前很多3D打印水凝膠支架都會涉及到輔助手段或者后處理技術以提高凝膠的成型性能、機械性能以及生物兼容性。紫外光輔助成型、熱場和光場后處理增強、高濃度金屬離子增強等已被廣泛應用，但是這些過程很容易產生一些殘余單體或者反應副產物，影響水凝膠的生物兼容性。而且很多的3D打印水凝膠材料體系并不具有本征的生物活性，在完成打印后需要在水凝膠支架的表面接枝一層RGD肽，以提高水凝膠支架的細胞粘附性能，從而提高支架的生物活性。所以設計制備3D打印具有生物活性的水凝膠具有重要的意義。

機械性能和生物兼容性以及生物活性對于水凝膠支架的設計制備尤為重要，開發出一種滿足生物力學性能和生物活性的3D打印水凝膠支架，成為將水凝膠拓展到實際生物醫學領域的關鍵點。

發明內容

本發明的目的在于提供一種3D打印生物醫用水凝膠及其制備方法。

本發明所述體系的水凝膠墨水具有優異的剪切變稀性能和高的屈服應力，這使得水凝膠墨水能夠順利的從噴頭擠出，擠出后能夠在成型平臺上保持良好的宏觀結構特征，不會發生結構變形和塌陷，然后經過冷凍-解凍循環，增強水凝膠結構的強度。生物兼容性的本體材料和純物理交聯過程，沒有殘余的單體和有毒的反應副產物，使得最終獲得的凝膠結構具有良好生物兼容性，適宜于生物醫學領域應用。

一種3D打印生物醫用水凝膠，其特征在于該水凝膠按100份的重量份數計的組成及各組分的重量份數為：κ-卡拉膠4-10份、PVA（聚乙烯醇）10-15份、其余為去離子水。

所述聚乙烯醇的重均分子量為50000～100000。

如上所述3D打印生物醫用水凝膠的制備方法，其特征在于具體步驟為：

1）3D打印水凝膠墨水的制備：在90～100℃下將聚乙烯醇溶解于去離子水中，降溫至70～80℃，加入κ-卡拉膠，機械攪拌混合均勻；停止加熱，攪拌冷卻至室溫，獲得3D打印水凝膠墨水；

2）3D打印水凝膠支架：采用DIW（墨水直寫）打印技術，制備出具有特定結構的水凝膠支架；