[发明专利]改性生物聚合物和其在3D打印中的应用

说明书

本发明公开了一种改性生物聚合物及其制备方法、改性生物聚合物生物墨水和其应用。所述改性生物聚合物包括生物聚合物主链，在所述生物聚合物主链上接枝有脲基嘧啶酮基团和酪胺基团。所述改性生物聚合物生物墨水包括溶剂和溶解于所述溶剂中的改性生物聚合物，还包括由所述改性生物聚合物负载的生物功能成分，其中，所述改性生物聚合物为本发明改性生物聚合物。所述改性生物聚合物具有良好的粘度，并且具有粘度随温度可调特性，同时还具有直接在室温下进行自身凝固特性，且凝固形成的凝胶有良好的力学性能。所述改性生物聚合物生物墨水同时具有良好的粘度和生物相容性，特别适于3D打印，可以直接打印成型生物支架，避免了额外添加对生物组分有害的如交联剂等成分。

技术领域

本发明属于生物材料技术领域，具体涉及一种改性生物聚合物及其制备 方法、生物墨水和其应用。

背景技术

在三维打印技术的基础上，三维生物打印通过负载细胞和生长因子，在 制备人造器官与组织、实现个性化治疗和药物筛选等领域上具有很大的发展 潜力。微挤出打印作为最为广泛应用的生物打印方式，限制其快速发展和临 床应用的最重要问题之一是缺乏兼具优异打印性能和生物活性的生物墨水。 通常，用于三维生物打印的生物墨水需具备以下性能：

a).生物活性：保证细胞具有高的存活率，良好的铺展、增殖和分化能力；

b).快速成型能力：快速成型能力是保证高精度打印的基础；

c).可控的降解性能：保证生物打印类器官良好地应用于组织工程领域。

胶原广泛地存在于动物组织中，作为细胞外基质的主要成分之一。从胶 原中获取的生物聚合物具有和胶原类似的结构，保证了良好的细胞相容性， 同时也具有成本低，利于获取等优点。因此，胶原被广泛地用于生物墨水的 基础材料，其中最具代表性的即是甲基丙烯酸改性的生物聚合物生物墨水。 然而，此类生物聚合物基的墨水粘度非常低，不适合用于精确三维结构的构 建，而且后续的交联需要加入有毒的引发剂和进行对细胞有伤害的紫外光照 射。

目前为了改进生物聚合物基生物打印墨水打印性能和温和条件下成型 的问题，已公开的有研究者在生物聚合物墨水中加入增稠剂从而实现生物聚 合物墨水的可打印性。但是光交联体系对细胞的后续功能发挥带来了不确定 因素，生物活性依然不足。针对交联方式的生物活性问题，研究者通过在生 物聚合物上接枝酪胺，在室温下通过温和的酶交联方式，实现了交联过程中 细胞活性良好的维持，但是仅靠这种交联方式难以实现材料的可打印性。

由上述可知，现有技术生物墨水依然会导致如下的一些弊端：

a).无法同时解决生物聚合物基生物墨水良好打印性和后续良好的生物 活性；

b).无法打印复杂的生物聚合物生物支架；

c).无法包载不同的细胞进行精确打印，用于进一步的组织工程应用。

因此，如何研发一种能够有效解决该些弊端的生物墨水是本领域技术人 员一直努力解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的所述不足，提供一种改性生物聚合物 及其制备方法，以解决现有生物聚合物作为生物墨水基材导致的墨水粘度非 常低不适合用于精确三维结构的构建和交联过程中降低生物活性的技术问 题。

本发明的另一目的在于提供一种改性生物聚合物生物墨水和其应用，以 克服现有生物聚合物基墨水无法同时解决生物聚合物基生物墨水良好精确 打印性和后续良好的生物活性的技术问题。

为了实现所述发明目的，本发明一方面，提供了一种改性生物聚合物。 所述改性生物聚合物包括生物聚合物本体的主链，在所述主链上接枝有脲基 嘧啶酮基团和酪胺基团。

本发明另一方面，提供了一种改性生物聚合物的制备方法。所述改性生 物聚合物的制备方法包括如下步骤：