[发明专利]具有生物活性的复合3D生物打印墨水的制备方法

说明书

一种具有生物活性的复合3D生物打印墨水的制备方法，其步骤是：(A)配制浓度为1.0‑2.0mol/L的磷酸溶液，1.0‑2.0mol/L的碱溶液；(B)配制磷酸与镁化合物的摩尔比为1.7‑2.5:1的凝胶前驱体溶液；(C)无机磷酸镁基凝胶的制备：将A步配置的碱溶液加入到B步的凝胶前驱体溶液中；(D)有机水凝胶溶液的制备：将海藻酸钠和结冷胶粉末溶于60‑70℃的去离子水，搅拌1‑2h；(E)生物打印墨水的制备：将2‑3份体积的D步得到的水凝胶溶液加入1份体积的预热至70‑80℃的无机磷酸镁基凝胶中，搅拌至均匀、自然冷却。该方法制备的3D生物打印墨水，生物活性优异，注射性和成型性好。

技术领域

本发明涉及一种具有生物活性的复合3D生物打印墨水的制备方法。

背景技术

由于各种原因导致的组织、器官缺损或坏死会危害人类健康。需要采用组织工程的方法对这些组织进行修复、替换和再生。基于3D生物打印的组织工程，能够在体外打印出精度高、形状复杂的载细胞仿生三维组织模型；模型再用钙离子交联成型后，能够被植入到缺损或者病变的组织中进行细胞基组织再生和修复，或者再在体外培育成功能化的类组织或者器官，最后植入体内对缺损或坏死的组织进行替换。

3D生物打印是基于医学图像转换或者计算机辅助(CAD)设计的模型，然后在计算机精确控制下，将含有活细胞的生物打印墨水层层打印成型，从而在体外构建出的仿生的三维结构与微环境。目前常见的3D生物打印方法有喷墨打印型、激光辅助型和挤出型三种。其中，挤出型3D打印是利用机械力或者空气压力将生物打印墨水从喷头挤出构建三维结构；其综合性能较好，操作和原理简单，打印过程条件温和，可避免使用有毒试剂、以及高温、高压等苛刻的工作条件。

挤出型3D打印的质量主要取决于生物打印墨水的性能和质量，理想的生物打印墨水需要同时满足较好的生物相容性、高的注射性和成形性。水凝胶材料由于具有较高的生物相容性、高的含水率等优点常被作为生物打印墨水应用在3D生物打印领域中，如海藻酸钠、壳聚糖、明胶以及它们的复合物或者改性物。但是单一的水凝胶材料由于流动性较高，导致打印后成型较差，影响打印后的尺寸精度。此外水凝胶材料的力学性能较差，难以长期维持稳定的三维结构。此外，水凝胶材料是生物惰性的，不具有生物活性，不能促进后期载细胞仿生三维组织的功能化表达。为了提高现有生物打印墨水的打印性能和生物活性，可通过物理或者化学方法对水凝胶材料进行改性。如通过化学改性的方法给明胶接枝光敏的官能团，再利用光引发剂引发水凝胶的交联，提高了水凝胶的力学性能和成型性；但光引发剂对细胞具有一定的毒性，影响打印后细胞的生物学功能；也有人在水凝胶材料上加添加成分(RGD)来提高水凝胶材料的生物活性；但多肽价格昂贵，多肽的添加修饰过程时间长，操作复杂；导致材料的制备成本高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有生物活性的复合3D生物打印墨水的制备方法，该制备方法的工艺简单、制备成本低；制备的复合3D生物打印墨水的注射性和成型性好，且具有优良的生物活性。

本发明实现其发明目的所采用的技术方案是，一种具有生物活性的复合3D生物打印墨水的制备方法，包括以下步骤：

(A)无机溶液的配制：将磷酸溶于去离子水中配成浓度为1.0-2.0mol/L的磷酸溶液；将碱性物质溶于去离子水中配成浓度为1.0-2.0mol/L的碱溶液；

(B)无机凝胶前驱溶液的制备：将镁化合物加入到A步配置的磷酸液中，搅拌5-10min配制成磷酸与镁化合物的摩尔比为1.7-2.5:1的凝胶前驱体溶液；

(C)无机磷酸镁基凝胶的制备：将A步配置的碱溶液加入到B步的凝胶前驱体溶液中，其中碱性物质与镁化合物的摩尔比为2.5-3.5:1，加入后搅拌5-10min，然后静置反应2-3h，得到无机磷酸镁基凝胶；

(D)有机水凝胶溶液的制备：将海藻酸钠和结冷胶粉末溶于60-70℃的去离子水，搅拌1-2h，得到海藻酸钠质量浓度为3.5％-4.5％和结冷胶质量浓度为1.5％-2.5％的水凝胶溶液，并在60-70℃的温度下保温存储；