[发明专利]一种含介孔纳米磷酸钙颗粒填料的三维打印水凝胶材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种含介孔纳米磷酸钙颗粒填料的三维打印水凝胶材料，包括磷酸钙颗粒和水凝胶材料，磷酸钙颗粒均匀分散于水凝胶材料中，磷酸钙颗粒表面为聚乙二醇修饰，磷酸钙颗粒为具有结晶外壳的中空球体或椭球体，磷酸钙颗粒的孔径主要介于20nm‑70nm之间。另外本发明还介绍了含介孔纳米磷酸钙颗粒填料的三维打印水凝胶材料的制备方法。本发明通过向聚乙二醇二丙烯酸酯PEGDA中加入牙科材料中常见的樟脑醌/2‑(二甲氨基)甲基丙烯酸乙酯体系实现了水凝胶材料于蓝光LED灯下的交联固化，避免了传统紫外灯固化体系对水凝胶材料中可能含有的生物活性成分的影响。

技术领域

本发明属于生物材料技术领域，尤其是涉及一种含介孔纳米磷酸钙颗粒填料的三维打印水凝胶材料。

背景技术

聚乙二醇(PEG)因其具有优良的血液相容性、极好的亲水性，且无生物毒性、无免疫原性，已获FDA批准用于进入人体的添加剂而被广泛应用在药学和生物医用材料中。聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)是目前应用最广泛的一种基于聚乙二醇的预聚物之一，被广泛用于各种形式的水凝胶生物材料或载药微球的制备。基于化学交联固化和光固化的水凝胶材料被广泛应用于组织再生工程支架材料的制备。相比于传统的阴模成型法，三维打印技术可实现更复杂而精细结构的制作，更好地引导组织再生。然而传统水凝胶材料在未交联状态下可操作性较差，常规三维打印机难以直接完成高精度，多层次结构的塑形。而且目前广泛应用于水凝胶交联固化的紫外激发模式对水凝胶中可能存在的生物活性物质存在较大影响，严重限制了其应用前进。

Akhilesh K等人利用普通纳米羟基磷灰石强化聚乙二醇二丙烯酸酯，获得具有优异力学性能的改性材料，但其固化方式为基于紫外光的交联方式，且其作为填料的纳米羟基磷灰石抑不具有本发明中经聚乙二醇表面修饰的纳米颗粒所具有的分散性能和介孔结构。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种含介孔纳米磷酸钙颗粒填料的三维打印水凝胶材料，通过介孔纳米磷酸钙颗粒填料，在不引入外来增稠剂和改变外界环境条件的情况下大幅提高了聚乙二醇二丙烯酸酯的粘度，使其满足于三维打印机对打印材料粘度的要求，实现复杂三维结构的精确打印塑形。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种含介孔纳米磷酸钙颗粒填料的三维打印水凝胶材料，包括磷酸钙颗粒和水凝胶材料，所述磷酸钙颗粒均匀分散于水凝胶材料中，所述磷酸钙颗粒表面为聚乙二醇修饰，磷酸钙颗粒为具有结晶外壳的中空球体或椭球体，磷酸钙颗粒的孔径主要介于20nm-70nm之间。

优选的，所述磷酸钙颗粒的外壳上分布有若干通孔，通孔均与外界相通，部分通孔与中空结构连通，另一部分通孔不与中空结构连通，所有通孔的孔径在2-50nm之间。

优选的，所述介孔纳米磷酸钙颗粒具有结晶外壳，其外壳的衍射环对应晶体(0201)晶面。

优选的，所述水凝胶材料为聚乙二醇二丙烯酸酯。

本发明的另一目的在于提出一种上述含介孔纳米磷酸钙颗粒填料的三维打印水凝胶材料的制备方法，包括表面修饰聚乙二醇纳米磷酸钙颗粒的制备方法和水凝胶的制备方法：

表面修饰聚乙二醇纳米磷酸钙颗粒的制备方法：

步骤A、将钙盐溶液和镁盐溶液混合，并加入等体积的十二烷基磷酸钠与等体积的聚乙二醇溶液后磁力搅拌；

步骤B、在步骤A得到的溶液中缓慢加入磷酸钠溶液，将溶液的pH调至10.0以上，磁力搅拌下持续恒温，连续搅拌期间确保液体温度保持在60℃，且pH值高于10.0；

步骤C、高速离心得到纳米颗粒，并依次用超纯水和无水乙醇反复洗涤，所得产物干燥后于干燥环境中保存；

水凝胶的制备方法：