[发明专利]一种基于胶原及胶原纤维的复合支架材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种基于胶原及胶原纤维的复合支架材料的制备方法，其特点是将胶原与其聚集态结构体胶原纤维有机混合，并使用功能性氧化多糖与氧化石墨烯对胶原‑胶原纤维复合溶液进行复合协同改性，接着，将胶原‑胶原纤维复合溶液与一定量的壳聚糖、聚乙烯醇共混，然后经过3D打印、微波干燥成膜、电喷涂、灭菌等工艺，最后获得基于胶原及胶原纤维的复合支架材料的制备方法。该材料采用仿生性更强的天然胶原结构的胶原纤维，并利用3D打印技术对支架微观结构与形貌进行生物设计，从化学组成与天然结构上充分仿生天然活性组织，所得支架材料结构稳定、理化性能优越，具有良好的细胞相容性和生物降解性，并能诱导组织再生修复，可用作各类型的组织工程支架。

技术领域

本发明涉及了一种基于胶原及胶原纤维的复合支架材料，属于生物医用材料制备领域。

背景技术

组织工程支架是组织工程化组织的最基本构架，为细胞和组织生长提供适宜的环境，并随着组织的构建而逐渐降解和消失，从而将新的空间提供给组织和细胞。该结构是细胞获取营养、气体交换、废物排泄和生长代谢的场所，是形成新的具有一定形态和功能的组织、器官的基础。数十年来，人们一直通过一个“两步法”制造活性组织。第一步是使用某种生物可降解材料设计组织的支架。为了使用传统方法制造设计的支架，研究人员需要为它建模、雕刻出来，或使用化学品蚀刻出一个多孔的形状。第二步是利用活细胞培育出一个支架。大量研究证明，这些技术存在许多弊端，比如大量使用高毒性的有机溶剂，制造周期长，劳动密集型流程，无法完全除去聚合物基体中的残留物，可重复性差，孔隙呈现不规则形状，孔隙间无法充分连接，结构偏薄等等。此外，这些方法多数无法控制形状。

与这种方法相比，3D打印可精确地打印出所需组织的形状和结构。3D打印的骨植入物、牙冠、隐形眼镜与助听器等无生命修复形式已经存在于世界各地成千上万人的体内。目前，3D打印身体部位采用单一的材料，如金属、陶瓷或塑料。它们具有商业意义，因为它们的市场价值来自它们能够与一个形状特殊的身体紧密贴合。然而，这些材料也仅仅能成为无生命的替换部位，真正的3D生物打印应为创造活性组织。生物打印，即“活墨”的使用，内部悬浮着活细胞的可打印凝胶。将活细胞与“间隙填充物”（如胶原，以暂时填充空间直到与其他细胞融合）打印出人体组织许多特殊且精密的形状，活细胞分泌出物质进入水凝胶，从而最终形成一个支撑母体。随着细胞的生长，母体发展为活性组织。

胶原及胶原纤维，具有良好的生物相容性和生物可降解性，以及促进细胞生长与粘附的性能，且具有pH和温度敏感性，利于成型，已被应用于3D打印活性组织领域。然而，纯胶原或胶原纤维的3D打印活性组织在力学性能上还不足以支撑起一定形状的组织，因此添加其它生物材料或是微量的交联剂成为3D打印过程中必要的元素。

因此本专利所获得的一种基于胶原及胶原纤维的复合支架材料的方法在3D打印活性组织领域具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的是针对现有相关技术的不足而提供了一种基于胶原及胶原纤维的复合支架材料。该支架材料细胞相容性优异，非常有利于细胞的生长、增殖及迁移，细胞能够较好地长入支架内部，又具有一定的抗炎、抗氧化、抗菌等功效，生物活性好，可用作组织工程支架。

本发明的目的可以由以下制备技术来实现，其制备方法步骤如下：

（1）基于氧化多糖和氧化石墨烯的胶原-胶原纤维复合溶胀液的制备：将按质量比为1～9∶9～1的1～2重量份的胶原及胶原纤维混合，4～10℃下搅拌将其溶胀于pH为4.0的醋酸-醋酸钠缓冲体系中，得到浓度为1～2wt%的胶原-胶原纤维复合溶胀液；接着向上述复合溶胀液中加入0.05～0.4重量份的氧化多糖，4～10℃下避光反应10～24h，待反应完成后，再向复合溶胀液加入0.01～0.2重量份的氧化石墨烯，4～10℃下继续反应24～48h，得到基于氧化多糖和氧化石墨烯的胶原-胶原纤维复合溶胀液；