[發(fā)明專利]一種3D打印水凝膠支架的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911049460.2
• 申請日: 2019-10-31
• 公開（公告）號(hào): CN110804193B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳旭;屠以諾;李想;陳旭源
• 申請（專利權(quán)）人: 南方醫(yī)科大學(xué)南方醫(yī)院
• 主分類號(hào): C08J3/075
• 分類號(hào): C08J3/075;C08J9/28;C08J3/28;C08L67/06;C08L5/04;C08L5/08;C08L71/02;C08L89/00;A61L27/18;A61L27/20;A61L27/22;A61L27/50;A61L27/52;A61L27/58
• 代理公司: 廣州市天河廬陽專利事務(wù)所(普通合伙) 44244
• 代理人: 胡濟(jì)元

本發(fā)明涉及一種3D打印水凝膠支架的方法，該方法包括以下步驟：(1)將不飽和聚酯、不飽和聚酯重量1～2倍的多官能團(tuán)丙烯酸酯、不飽和聚酯重量2～4倍的平均分子量為475的聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯和不飽和聚酯重量0.1～0.5倍的光引發(fā)劑加入到不飽和聚酯重量1～2倍親水溶劑中混合均勻，得到水凝膠溶液；(2)在水凝膠溶液中加入粘度調(diào)劑，調(diào)整粘度為3000～6000mPa.s；(3)將步驟2調(diào)整粘度的水凝膠溶液導(dǎo)入到3D打印機(jī)的注射器中，按照設(shè)定程序打印，得到初級(jí)水凝膠支架；然后將初級(jí)水凝膠支架在365nm紫外光照射下進(jìn)行光固化，冷凍干燥，得到所述的水凝膠支架；本方法所制備的水凝膠支架具有良好的親水性，促進(jìn)細(xì)胞附著和增值的效果顯著。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及以其功能或物理性質(zhì)為特征的假體材料，具體涉及高分子水凝膠，該水凝膠適用于3D打印。

背景技術(shù)

在生物醫(yī)療領(lǐng)域，器官與組織的移植及修復(fù)仍面臨巨大的困難與挑戰(zhàn)。而近年來出現(xiàn)的3D打印組織工程支架技術(shù)在解決這類問題上發(fā)揮著越來越重要的作用。

3D打印支架技術(shù)是采用三維快速成型技術(shù)，打印出具有良好生物相容性、優(yōu)異力學(xué)性能、理想三維微觀結(jié)構(gòu)及可控宏觀外形的支架，廣泛應(yīng)用在生物醫(yī)療行業(yè)。通過這種技術(shù)打印出的支架可用于進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)，使細(xì)胞在其中生長、增殖與分化，形成具有特定形狀結(jié)構(gòu)的組織或器官，從而用于作為人體組織或器官的替代物，以解決器官或組織供體不足的問題。水凝膠是親水的聚合物網(wǎng)絡(luò)，能夠吸收大量的水分，在水中溶脹且保持一定的形狀。水凝膠具有良好的生物相容性、親水性、水滲透性，是一個(gè)理想的3D支架材料，可應(yīng)用于細(xì)胞存儲(chǔ)、細(xì)胞培養(yǎng)、監(jiān)測細(xì)胞與細(xì)胞之間的相互作用等。3D打印水凝膠支架因?yàn)槟軐?shí)現(xiàn)對(duì)材料外部形態(tài)和內(nèi)部微結(jié)構(gòu)的可控調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)材料與生物體的匹配，同時(shí)能得到力學(xué)性能優(yōu)異的支架材料，成為研究熱點(diǎn)。

3D生物打印材料要求其良好的打印性、機(jī)械穩(wěn)定性、生物降解性以及細(xì)胞相容性、細(xì)胞活性等。目前3D生物打印材料包括天然材料(如海藻酸，纖維，膠原和明膠等)和合成材料(如聚乙二醇，聚乳酸以及他們的衍生物。天然材料如海藻酸鹽和纖維蛋白，有利于細(xì)胞的增殖和分化，也有利于藥物的傳遞，然而天然材料降解快，不利于人體細(xì)胞的生長，并且在結(jié)構(gòu)成熟之前機(jī)械性能較差且易降解。

交聯(lián)結(jié)構(gòu)是影響3D打印水凝膠支架的關(guān)鍵因素之一。打印成型的水凝膠的交聯(lián)結(jié)構(gòu)，對(duì)于保持其形狀必不可少。即使用最粘稠的前驅(qū)體溶液打印，由于某些位點(diǎn)的變形和坍塌都會(huì)導(dǎo)致構(gòu)建的結(jié)構(gòu)變形。而漿料一旦交聯(lián)，則形狀可以完全保持。水凝膠可以通過物理(基于可逆相互作用)和化學(xué)方法(基于共價(jià)鍵的形成)交聯(lián)。專利CN104628936A中采用將海藻酸鈉、N,N一二甲基丙烯酞胺單體預(yù)混，先后采用打印-光照-浸泡的步驟進(jìn)行化學(xué)交聯(lián)成型，得到化學(xué)交聯(lián)水凝膠。這種方法成分復(fù)雜，化學(xué)交聯(lián)時(shí)間過長，打印出來的溶膠塑形困難、尺寸難以保持，容易發(fā)生坍塌，該過程中操作繁瑣，大大降低3D打印的效率。

聚乙二醇嵌段修飾聚酯是一種生物醫(yī)用價(jià)值和潛力十分巨大的可降解高分子材料，具有良好的生物相容性，廣泛應(yīng)用在藥物載體、細(xì)胞培養(yǎng)支架和手術(shù)輔助材料等領(lǐng)域。陳昌(RSC Advances,2014,4:8789)等合成了聚乙二醇聚乳酸嵌段共聚物，通過升溫制備熱致水凝膠，將其應(yīng)用為藥物載體。但是聚乙二醇修飾聚酯通過體系升溫形成的熱致水凝膠。該水凝膠是通過分子間相互作用力物理交聯(lián)形成，對(duì)外界環(huán)境刺激比較敏感，溶脹性能較差，穩(wěn)定性不能滿足要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種3D打印水凝膠支架的方法，該方法制備的水凝膠支架具有細(xì)胞毒性低的優(yōu)點(diǎn)，可以應(yīng)用為細(xì)胞培養(yǎng)。

本發(fā)明解決上述問題的技術(shù)方案是：

一種3D打印水凝膠支架的方法，該方法包括以下步驟：

(1)將不飽和聚酯、不飽和聚酯重量1～2倍的多官能團(tuán)丙烯酸酯、不飽和聚酯重量2～4倍的平均分子量為475的聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯和不飽和聚酯重量0.1～0.5倍的光引發(fā)劑加入到不飽和聚酯重量1～2倍親水溶劑中混合均勻，得到水凝膠溶液；