[发明专利]复合水凝胶、支架和细胞培养方法

说明书

本发明公开了一种用于三维生物打印的复合水凝胶、由该复合水凝胶打印而成的支架，以及利用该支架培养细胞的方法，所述复合水凝胶包括：1纤维素纳米纤维，其在复合水凝胶中的含量小于10％w/v；海藻酸盐，其在复合水凝胶中的含量小于5.0％w/v；和豆类蛋白，其在复合水凝胶中的含量小于20％w/v。本申请的复合水凝胶由于其所使用的材料全部来源于可使用的植物，因此所打印的支架可用于食品行业。此外,本申请的复合水凝胶具有良好的机械性能、生物相容性、细胞粘附性、且易于降解。

技术领域

本发明涉及三维生物打印技术领域，特别涉及一种用于三维生物打印的复合水凝胶。

背景技术

三维生物打印利用生物墨水来打印支架，在时尚、工具、食品工业和建筑等多个不同领 域发挥着重要作用。可目前最广泛使用的生物墨水材料是水凝胶材料，其主要分为两类：(1) 合成的水凝胶材料，如聚己内酯(PCL)、聚乳酸(PLA)、聚乙二醇(PEG)、聚糖内酯(PGA)； (2)天然的水凝胶，如明胶、纤维蛋白、胶原蛋白、壳聚糖和海藻酸盐等。合成的水凝胶打 印出的支架通常具有良好的力学性能，这些水凝胶的分子量可控，并且是可降解的。然而， 这些合成的水凝胶的一些降解产物是有毒的，且生物相容性较差。而天然水凝胶具有较好的 生物相容性、无毒性和可生物降解性，可以提高细胞的粘附和迁移能力。然而，天然水凝胶 打印的支架的力学性能较差，此外，由于提取和分离过程复杂，通常价格昂贵。如上所述， 合成法获得的水凝胶和天然水凝胶具有各自的优势和劣势。因而仍存在对具有较好的力学性 能和生物兼容性的水凝胶材料的需求。

发明内容

针对以上不足，本发明的主要目的在于提供一种用于三维生物打印的复合水凝胶，由该 复合水凝胶打印而成的支架，以及利用该支架培养细胞的方法。

本发明的一方面提供一种用于三维生物打印的复合水凝胶，包括：

纤维素纳米纤维，其在复合水凝胶中的含量小于10％w/v；

海藻酸盐，其在复合水凝胶中的含量小于5.0％w/v；和

豆类蛋白，其在复合水凝胶中的含量小于20％w/v。

在一个实施例中，所述豆类蛋白衍生自大豆、绿豆、黑芸豆、红小豆、黑豌豆、绿扁豆。

在一个实施例中，所述海藻酸盐为海藻酸钠。

在一个实施例中，所述复合水凝胶包括在复合水凝胶中的含量为1.0％w/v-3.5％w/v的纤 维素纳米纤维。

在一个实施例中，所述豆类蛋白富含球蛋白。

在一个实施例中，所述豆类蛋白为绿扁豆蛋白。

在一个实施例中，所述复合水凝胶包括：

在复合水凝胶中的含量为1.0％w/v-3.5％w/v的纤维素纳米纤维；

在复合水凝胶中的含量为0.5％w/v-1.0％w/v的海藻酸钠；和

在复合水凝胶中的含量为4％w/v至12％w/v的绿扁豆蛋白。

在一个实施例中，所述复合水凝胶为食品级。

本发明的另一方面提供一种由上述复合水凝胶制备的支架。

本发明的再一方面提供一种用上述支架培养细胞的方法，所述方法包括将细胞接种到所 述支架上进行培养。

本申请的复合水凝胶由于其所使用的材料全部来源于植物，因此所打印的支架可用于食 品行业，例如肉制品的3D打印。使用本申请的复合水凝胶作为生物墨水，与动物源的生物 墨水相比，一方面降低了打印成本；另外一方面也避免了由于动物的批次不同而导致的不稳 定性。此外，植物源生物墨水不含动物病菌，因此避免了在用3D支架培养时动物病菌的传 播。