[发明专利]可调控凝胶-溶胶相变温度的生物3D打印墨水制备方法

说明书

本发明公开了一种可调控凝胶‑溶胶相变温度的生物3D打印墨水制备方法，本发明通过调控明胶/海藻酸钠3D打印水凝胶体系的溶胶‑凝胶相变温度，将之控制在最适合细胞生长的温度范围内。然后利用细胞3D打印技术打印出分辨率高的软骨支架，提高水凝胶材料的可打印性和生物相容性。将无机纳米颗粒加入到此基础水凝胶体系中，可以提高软骨支架的力学性能，从而解决打印成型温度与细胞生长温度不匹配和水凝胶材料力学性能不佳的技术难题。

技术领域

本发明涉及利用生物3D打印制备人工软骨支架的材料制备技术领域，尤其涉及一种制备可调控溶胶—凝胶转变温度的以海藻酸钠/明胶为基础打印墨水的软骨支架的制备方法。

背景技术

肥胖、运动、年龄或病变等原因导致的软骨缺损的患者越来越多，成为人类健康的一大杀手。目前，软骨修复仍是临床医学的一大难题。近几年，细胞3D打印技术的发展促进增材制造技术在组织工程领域的应用。细胞3D打印技术不仅通过高精度控制组织支架的微结构、形状和组成，从而对支架的力学性能进行调控，而且对于细胞数量和分布也有一定影响。

由于明胶、海藻酸钠、壳聚糖等多糖基质来源于天然组织，是细胞外基质的主要组成成分并且具有良好的生物相容性，因此经常作为生物3D打印的生物打印墨水。以明胶/海藻酸钠为基础的打印墨水体系的溶胶-凝胶状态转化是可逆的，在某个特定温度，打印墨水会发生溶胶-凝胶的状态转化，使得支架能够打印成型。因此，明胶/海藻酸钠生物墨水对打印温度具有较高的要求。同时，细胞对于生存环境的温度很敏感，因此对打印温度要求极高。但是，适合支架打印成型的溶胶-凝胶转化温度并不一定能与适合细胞生长的温度范围相匹配。如果二者不能匹配，利用混合细胞的打印墨水的可打印性将受到影响，包封在打印墨水中的细胞活性也会受到不良影响。3D打印软骨支架修复损伤软骨的应用受到限制。开发适合细胞3D打印的生物打印墨水用于软骨支架的制备是一项挑战。因此，发明一种具有可调溶胶-凝胶相变温度的明胶/海藻酸钠为基础的打印墨水是本领域亟待解决的技术难题。

发明内容

本发明现有技术的不足，本发明的目的在于制备具有可调溶胶-凝胶相变温度的明胶/海藻酸钠体系，提高混合细胞打印浆料的打印精度。本发明可以调控明胶/海藻酸钠3D打印水凝胶体系的溶胶-凝胶相变温度，将之控制在最适合细胞生长的温度范围内。然后利用细胞3D打印技术打印出分辨率高的软骨支架，提高水凝胶材料的可打印性和生物相容性。将无机纳米颗粒加入到此基础水凝胶体系中，可以提高软骨支架的力学性能，从而解决打印成型温度与细胞生长温度不匹配和水凝胶材料力学性能不佳的技术难题。

本发明的技术方案是这样是实现的：

本发明提供一种调控以明胶/海藻酸钠为基础打印墨水的温敏性水凝胶体系溶胶-凝胶转化温度的方法，制备过程为：

步骤(1)将明胶粉末溶解或分散于去离子水中，水浴加热的温度为65℃～90℃，转速为10～30r/min搅拌，加热搅拌20～45min，配成明胶溶液。

步骤(2)将海藻酸钠溶解或分散于明胶溶液中，水浴加热的温度为65℃～90℃，转速为10～30r/min搅拌，加热搅拌80～150min，配成海藻酸钠/明胶溶液混合水凝胶溶液。

步骤(3)将海藻酸钠/明胶溶液混合水凝胶溶液，在水浴锅中自然降温到20℃～28℃；得到海藻酸钠/明胶混合水凝胶；

步骤(4)再将海藻酸钠/明胶溶液混合水凝胶溶液加热和冷却循环执行多次；经过不同加热和冷却次数；得到具有不同相变温度的海藻酸钠/明胶混合水凝胶，即得到具有不同相变温度的生物3D打印墨水。

其中加热方法为：将海藻酸钠/明胶溶液混合水凝胶溶液水浴加热的温度65℃～90℃，转速为10～30r/min搅拌，加热搅拌50～120min；

冷却方法为：将海藻酸钠/明胶溶液混合水凝胶溶液在水浴锅中自然降温到20℃～28℃。

作为优选，步骤(1)中的水浴温度为78℃；