[發明專利]制備三維圖案化的多材料水凝膠異質結構的裝置及方法

有效

• 申請號: 202110768717.0
• 申請日: 2021-07-07
• 公開（公告）號: CN113524674B
• 公開（公告）日: 2022-12-13
• 發明（設計）人: 彌勝利;黃哲鑫;黃玉
• 申請（專利權）人: 清華大學深圳國際研究生院
• 主分類號: B29C64/205
• 分類號: B29C64/205;B29C64/209;B29C64/112;B29C64/255;B29C64/307;B33Y30/00;B33Y10/00;B33Y40/00;B33Y70/10
• 代理公司: 深圳新創友知識產權代理有限公司 44223
• 代理人: 王震宇

一種用于制備三維圖案化的多材料水凝膠異質結構的裝置及方法，該裝置包括注射泵、工作液池、打印針嘴及三軸平移裝置，注射泵作為液體雙向驅動和計量裝置，打印針嘴安裝于三軸平移裝置上，實現打印針嘴的移動和定位，工作液池包括原液池和打印液池，原液池中設置有多個儲液槽，分別存放不同材料的水凝膠預配液。本發明以水凝膠微球作為構建單元的方式實現多材料圖案化水凝膠結構的制備，采用“液滴序列生成?液滴打印”的打印策略，對于水凝膠材料組分的種類數量具有良好的通用性，制備的多材料水凝膠異質結構具有較高的圖案化分辨率，可制備較復雜的三維結構，如可用于水凝膠致動結構和類器官等的制備。

技術領域

本發明涉及多材料水凝膠結構制備領域，特別是涉及一種制備三維圖案化的多材料水凝膠異質結構的裝置及方法。

背景技術

水凝膠是一種由親水的聚合物鏈組成的三維網絡結構和在其中的水溶液組成的生物材料，由于其具有高含水量和較好的生物相容性，被認為是一種具有潛力的生物材料，被廣泛用于生物制造領域的研究，受到了很多科學研究者的重視。各種新型的水凝膠被研發而應用于生物組織工程領域，比如用于組織修復和重建的水凝膠支架/敷料。其次，水凝膠材料也被廣泛地作為生物研究載體，比如作為細胞培養基質和類器官模型，和藥物遞送載體，比如水凝膠微粒/微膠囊。另外由于不同的刺激-響應型材料被開發和合成和水凝膠的多功能化，水凝膠機器，包括水凝膠執行器、傳感器、光學和電子元件等，也得到了廣泛的研究。

而生物體中的組織和器官是由大量重復的功能單元組成，而且具有異質性(heterogeneity)和層次結構(hierarchical structure)特征。生物制造的最終目的是模擬體內組織，所以對于基于水凝膠的生物制造需要通過結合多種不同的水凝膠材料，即通過多材料水凝膠異質結構，模擬體內組織的異質性特征和微觀結構。本發明將其稱為“水凝膠異質結構的圖案化”。

這里列舉兩個在不同應用領域的例子。第一個例子是在體外培養系統的應用，如在體外或者體內原位構建的用于修復病變和損壞的組織或者促進組織再生，以達到組織功能改善或重建的人造生物支架和敷料和被用于疾病病理、再生機制、精準醫療以及藥物篩選等方面的研究的類器官，需要對生物體組織的內部微觀結構或微環境進行模擬構建。

第二個例子是在水凝膠機器上的應用，例如通過不同刺激-響應型材料的結合，在不同的刺激條件下，不同材料有著不同的溶脹性響應，從而形成水凝膠結構上的應力的不均勻分布，形成致動動作，這就是基于多材料結合的水凝膠致動結構的原理。

目前用于水凝膠異質結構的制備方式有很多，包括基于微流控的水凝膠纖維和水凝膠微球的制備方法、基于擠出式或噴墨式等的水凝膠3d打印方法、基于光刻的水凝膠多層結構的制備方法等。這些方法都存在一些缺點，比如基于微流控的水凝膠纖維和水凝膠微球的制備方法擴展性差、不能制備一些復雜的形狀；基于擠出式或噴墨式等的水凝膠3d打印方法受打印墨水材料的限制比較大，當凝膠速度過快時會導致噴嘴堵塞，而當凝膠速度過慢時形狀保真性差，打印過程中需調控水凝膠的凝膠速度和打印性，當凝膠速度過快時會導致噴嘴堵塞，而當凝膠速度過慢時成形性和形狀保真性差，可用于生物墨水的材料選擇少。基于光刻的水凝膠多層結構的制備方法比較適用于材料的層間分布，且大多只用于制備較大尺寸的結構；等等。

需要說明的是，在上述背景技術部分公開的信息僅用于對本申請的背景的理解，因此可以包括不構成對本領域普通技術人員已知的現有技術的信息。

發明內容

本發明的主要目的在于克服上述背景技術存在的缺陷，提供一種制備三維圖案化的多材料水凝膠異質結構的裝置及方法。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：