[发明专利]纳米二氧化硅修饰的3D打印气管支架及其制备方法

说明书

本发明公开了一种纳米二氧化硅修饰的3D打印气管支架及其制备方法，所述3D打印气管支架以PCL材料制成，该3D打印气管支架的孔径为200µm，本发明公开的制备方法具体包括多孔气管支架的制备和PCL支架的纳米二氧化硅修饰两个步骤，经纳米表面修饰后的3D打印PCL气管支架具有优良的生物力学性能，同时其生物相容性利于细胞的贴附和生长，体内埋植实验证实其具有用于组织工程气管重建的理想材料的前景。

技术领域

本发明涉及生物材料技术领域，具体涉及纳米二氧化硅修饰的3D打印气管支架及其制备方法。

背景技术

生物材料表面属性影响着材料和生物环境之间的相互作用，尤其在组织工程领域，材料表面为生物活性分子和活细胞提供重要支撑。虽然PCL（聚己内酯）在3D打印中受到越来越广泛的关注，但其表面疏水性限制了其进一步地应用。有研究人员通过胶原或明胶等表面修饰提高了PCL材料的亲水性，并且通过细胞相容性试验证实其具有良好的细胞粘附和增殖性能。

近年来，众多研究人员都针对如何提高细胞在材料表面的粘附率展开了相关研究，包括使用高分子膜，疏水蛋白HGFI与血管内皮生长因子的结合，紫外臭氧处理工艺的优化等。诸如此类的研究结果表明表面修饰具有一定的科学性及时效性。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的不足，提供一种纳米二氧化硅修饰的3D打印气管支架及其制备方法，利用该方法使材料表面细胞黏附点增多，更利于细胞的粘附以及在其表面的增殖。

本发明的技术方案为：一种纳米二氧化硅修饰的3D打印气管支架，以PCL材料制成，该3D打印气管支架的孔径为200 µm。

一种纳米二氧化硅修饰的3D打印气管支架的制备方法，具体包括两个步骤：

（1）多孔气管支架的制备

选用PCL为材料，采用打印喷头在旋转轴上打印的方式进行打印，旋转轴以一定的速度转动，打印喷头沿旋转轴来回移动，先在旋转轴上打印出底层气管支架，然后旋转轴与打印底层时的旋转方向相反进行运动，打印成形第二层气管支架，继而与上一层形成多孔结构，以此重复打印6层；

（2） PCL支架的纳米二氧化硅修饰

将PCL支架于浓度为10%的纳米二氧化硅溶液中浸泡过夜，第二天取出后室温放置，5 d后缩合反应完全，形成纳米二氧化硅修饰的PCL支架，记PCL-NM。

进一步地，气管支架的孔径通过改变旋转轴的转速和打印头的行走速度进行调节，打印速度为3-10 mm/s。

进一步地，所述步骤1中打印温度为85-95℃。

进一步地，所述步骤1中打印成型的气管支架的层厚为0.08-0.12 mm。

本发明的有益效果为：

本发明通过纳米二氧化硅涂层对3D打印的气管支架进行表面修饰，纳米二氧化硅的微结构为球形，其超细的纳米级尺寸使之具有独特的性质，可提高材料强度、抗老化和耐化学性能，经纳米表面修饰后的3D打印PCL气管支架具有优良的生物力学性能，同时其生物相容性利于细胞的贴附和生长，体内埋植实验证实其具有用于组织工程气管重建的理想材料的前景。

附图说明

图1是本发明公开的3D打印示意图；

图2是不同孔径的气管支架和兔新鲜气管的形态学观察图和气管材料的拉力-应变曲线；

图3是修饰后补片表面的SEM观察图和EDS检测结果图；

图4是纳米二氧化硅修饰处理后各组PCL纤维交错排列情况和孔径大小的电镜图；