[發(fā)明專利]一種功能化納米纖維素水凝膠及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810982646.2
• 申請(qǐng)日: 2018-08-27
• 公開（公告）號(hào): CN109180988B
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 石竹群;徐海宇;楊全嶺;劉妍;熊傳溪
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C08J9/00
• 分類號(hào): C08J9/00;C08J3/075;C08J3/24;C08L1/04;A61L27/20;A61L27/38;A61L27/56;A61L27/52;A61L27/50
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 喬宇;官群

本發(fā)明涉及一種功能化納米纖維素水凝膠及其制備方法，所述水凝膠內(nèi)部呈現(xiàn)均勻的多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其孔徑為30～100微米，由TEMPO氧化纖維素分散于水中制得納米纖維素分散液，再與細(xì)胞混合制得生物墨水，然后利用3D生物打印技術(shù)打印到離子交聯(lián)劑中制備得到，其形狀可根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)計(jì)。本發(fā)明以可再生資源纖維素為原料，制備得到力學(xué)性能優(yōu)異、生物相容性良好、適用于生物打印的功能化納米纖維素水凝膠，用作納米纖維素基組織工程材料，具體為骨、軟骨、皮膚、血管、肝臟、心臟等組織中的一種，拓寬了纖維素的應(yīng)用范圍，為纖維素在生物醫(yī)用領(lǐng)域的應(yīng)用研究提供了一種新途徑。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生物材料領(lǐng)域，涉及一種功能化納米纖維素水凝膠及其制備方法。

背景技術(shù)

3D生物打印技術(shù)是使用計(jì)算機(jī)輔助轉(zhuǎn)移過程，用預(yù)定的逐層堆疊方式同時(shí)書寫活細(xì)胞和生物材料制備生物工程組織的方法。3D生物打印技術(shù)以水分散液和細(xì)胞為主要原料，產(chǎn)物主要形態(tài)為水凝膠，對(duì)水凝膠有諸多的要求，如生物相容性好，且不堵塞針頭，易于打印，同時(shí)打印過程中的剪切作用力對(duì)細(xì)胞的損害小，因而能用于3D生物打印的水凝膠并不多。

纖維素作為一種具有結(jié)晶結(jié)構(gòu)的多糖，是地球上含量最豐富的天然高分子，由纖維素加工得到的纖維素水凝膠因具有生物相容性好、比表面積較大、含水量高、力學(xué)性能優(yōu)異等特點(diǎn)，是一種理想的組織工程材料。當(dāng)前制備纖維素水凝膠的方法主要有化學(xué)交聯(lián)、光交聯(lián)、物理纏結(jié)等。這些方法要么需要引入具有生物毒性的化學(xué)交聯(lián)劑，要么需要對(duì)纖維素進(jìn)行改性，要么條件比較苛刻(如加熱或冷凍)，不利于直接與細(xì)胞進(jìn)行混合，且通常所制備的水凝膠具有納米孔結(jié)構(gòu)，細(xì)胞只能在凝膠表面生長(zhǎng)，在凝膠內(nèi)部細(xì)胞不能生長(zhǎng)遷移。因此本領(lǐng)域相關(guān)學(xué)者正在尋求一種交聯(lián)方式溫和、容易加載細(xì)胞、且具有大孔結(jié)構(gòu)的纖維素水凝膠的制備方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，提供一種孔徑大小適中、力學(xué)性能優(yōu)異、生物相容性良好的功能化納米纖維素水凝膠及其制備方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：

提供一種功能化納米纖維素水凝膠，水凝膠內(nèi)部呈現(xiàn)均勻的多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其孔徑為30～100微米，所述功能化納米纖維素水凝膠由TEMPO氧化纖維素分散于水中制得納米纖維素分散液，再與細(xì)胞混合制得生物墨水，然后利用3D生物打印技術(shù)打印到離子交聯(lián)劑中制備得到設(shè)計(jì)形狀的凝膠。

按上述方案，所述功能化納米纖維素水凝膠由TEMPO氧化纖維素分散于水中制得納米纖維素分散液，再與細(xì)胞混合制得生物墨水，然后利用3D生物打印技術(shù)打印到離子交聯(lián)劑中制備得到設(shè)計(jì)形狀的凝膠，最后將凝膠置于含培養(yǎng)基的培養(yǎng)皿中進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)得到。

按上述方案，水凝膠在細(xì)胞培養(yǎng)前需進(jìn)行滅菌處理，滅菌條件為：在121℃的滅菌鍋中加熱30分鐘。

按上述方案，所述TEMPO氧化纖維素直徑為2～10nm，平均長(zhǎng)度為200nm～5μm，表面羧基含量為0.2～2.0mmol/g。

按上述方案，所述TEMPO氧化纖維素的制備方法為：將TEMPO與NaBr按質(zhì)量比1：1～10加入水中混合溶解，然后加入天然纖維素和NaClO，并調(diào)節(jié)體系pH值為8～12，進(jìn)行氧化反應(yīng)后加入NaClO₂氧化1～5天或加入硼氫化鈉(NaBH₄)還原0.5～10h，再后處理得到TEMPO氧化纖維素(TOC)。

按上述方案，所述天然纖維素為長(zhǎng)度為1μm～10mm的棉短絨、木漿、亞麻纖維、秸稈纖維。

按上述方案，TEMPO在水中的質(zhì)量濃度為0.01～0.1％。

按上述方案，加入天然纖維素和NaClO，其質(zhì)量比TEMPO：天然纖維素：NaClO＝1：10～100：10～100。

優(yōu)選的是，所述氧化反應(yīng)條件為：在10～30℃下反應(yīng)0.5～7h。