[發(fā)明專利]一種基于3D打印的智能響應(yīng)型仿生系統(tǒng)及其制備方法和應(yīng)用

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110187065.1
• 申請(qǐng)日: 2021-02-18
• 公開（公告）號(hào): CN112870440A
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳建美;趙寅峰;高雅;聶媛媛;寧興海
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京大學(xué)
• 主分類號(hào): A61L27/18
• 分類號(hào): A61L27/18;A61L27/30;A61L27/34;A61L27/50;B33Y10/00;B33Y70/10;B33Y80/00;C12N5/00;C12N5/09
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本發(fā)明公開了一種基于3D打印的智能響應(yīng)型仿生系統(tǒng)及其制備方法和應(yīng)用，屬于材料制備和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。本發(fā)明通過靜電紡絲對(duì)3D打印支架進(jìn)行仿生修飾，并同時(shí)賦予支架智能響應(yīng)性，用于細(xì)胞培養(yǎng)和活性或功能調(diào)控。本發(fā)明公開的一種基于3D打印的智能響應(yīng)型仿生系統(tǒng)在功能性材料或支架制備、干細(xì)胞培養(yǎng)、功能調(diào)控、組織修復(fù)和疾病治療領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及材料制備和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于3D打印的智能響應(yīng)型仿生系統(tǒng)及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

3D打印是一種以計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)的增材制造或快速成型技術(shù)。3D打印對(duì)工程、科學(xué)和醫(yī)學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域的重大創(chuàng)新做出了重大貢獻(xiàn)。在生物醫(yī)學(xué)方面，3D打印可實(shí)現(xiàn)定制化制造個(gè)性化的材料，用于器官模型的制造、個(gè)性化組織工程支架材料和假體的制造。例如在骨科、口腔頜面等外科疾病中，3D打印支架具有三維立體多孔結(jié)構(gòu)和可控的力學(xué)性能，植入缺損部位，可防止組織坍塌為組織再生提供力學(xué)支撐，以恢復(fù)相應(yīng)的功能和外觀。

細(xì)胞療法作為一種新興的治療方式，在疾病的治療中受到廣泛關(guān)注。其中，干細(xì)胞是一類具有自我更新和分化能力的細(xì)胞，具有強(qiáng)大的增殖能力和廣闊的應(yīng)用前景，在治療血液病、腫瘤、中樞神經(jīng)病變、心血管病、糖尿病、肝病、自身免疫病、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)損傷以及整形美容方面皆有良好效果。干細(xì)胞結(jié)合3D打印支架可形成一個(gè)細(xì)胞-材料移植復(fù)合物，可作為組織工程支架，用于組織修復(fù)和疾病治療。然而目前3D打印支架存在細(xì)胞附著性差等不足，往往需要進(jìn)行表面修飾，以提高細(xì)胞存活率(中國(guó)專利CN201811019502.3)。

靜電紡絲是產(chǎn)生直徑在納米到微米級(jí)的聚合物基纖維的簡(jiǎn)單途徑。靜電紡絲制備的電紡纖維膜具有比表面積高、生物相容性好、可負(fù)載多功能顆粒等優(yōu)點(diǎn)。重要的是，利用靜電紡絲制備的纖維膜具有類似細(xì)胞外基質(zhì)的三維網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，為細(xì)胞的生長(zhǎng)提供理想的環(huán)境，有利于提高細(xì)胞的粘附與增殖，被廣泛用于細(xì)胞的培養(yǎng)。

目前，尚無研究報(bào)道用電紡纖維膜對(duì)3D打印支架表面進(jìn)行仿生修飾，并同時(shí)賦予支架具有智能響應(yīng)性，用于細(xì)胞培養(yǎng)和活性或功能調(diào)控。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于3D打印的智能響應(yīng)型仿生系統(tǒng)。其特征在于，所述基于3D打印的智能響應(yīng)型仿生系統(tǒng)由3D打印支架、仿生修飾層和智能響應(yīng)性材料組成。

優(yōu)選的，所述的3D打印支架由3D打印設(shè)備按照預(yù)設(shè)計(jì)的數(shù)字模型制備而成。

優(yōu)選的，所述的3D打印支架材料包括但不限于殼聚糖、海藻酸鈉、明膠、透明質(zhì)酸、纖維素、羥基磷灰石、聚己內(nèi)酯、聚乳酸、聚乙烯醇、聚乳酸羥基乙酸、聚碳酸酯、聚氨酯、光敏樹脂、陶瓷粉末、SEBS彈性體等中的一種或多種。

優(yōu)選的，所述的仿生修飾層由靜電紡絲制備的纖維膜組成。

優(yōu)選的，所述纖維膜成分包括但不限于殼聚糖、海藻酸鈉、明膠、膠原蛋白、透明質(zhì)酸、纖維素、蠶絲蛋白、聚己內(nèi)酯、聚乳酸、聚乙烯醇、聚乳酸羥基乙酸中的一種或多種。

優(yōu)選的，所述的智能響應(yīng)性材料為具有物理刺激(電、光、熱、聲、磁、力)響應(yīng)性的顆粒，包括但不限于石墨烯、氧化石墨烯、金/銀納米粒、金納米棒、四氧化三鐵(Fe₃O₄)、二氧化錳(MnO₂)、二硫化鉬(MoS₂)、多巴胺納米粒中的一種或多種。

本發(fā)明還提供了一種基于3D打印的智能響應(yīng)型仿生系統(tǒng)的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)制備具有智能響應(yīng)性材料；

(2)由3D打印設(shè)備制備3D打印支架；

(3)將智能響應(yīng)性材料與電紡纖維材料共混均勻，通過靜電紡絲技術(shù)在步驟(2)中制備的3D打印支架表面沉積纖維。

或