[发明专利]一种甲基丙烯酸明胶水凝胶的飞秒激光内部光聚合直写加工方法

说明书

一种甲基丙烯酸明胶水凝胶的飞秒激光内部光聚合直写加工工艺，属于生物材料加工及应用领域。所述方法包括：选取商业化的405nm吸收波段水溶性光引发剂；选取孟加拉玫瑰红作为光敏剂提高光引发剂的引发效率；配置可用于780nm中心波长的飞秒激光内部光聚合直写加工的甲基丙烯酸明胶(GelMA)水凝胶光敏性溶液；使用配置的甲基丙烯酸明胶(GelMA)水凝胶光敏性溶液进行飞秒激光直写加工确定所用配比的实验材料的加工特性。

技术领域

本发明涉及生物材料加工及应用领域，特别涉及一种甲基丙烯酸明胶(GelMA)水凝胶的飞秒激光内部光聚合直写加工工艺。

背景技术

组织工程技术是涵盖了细胞生物学、工程科学、材料科学和医疗外科学等多个学科，实现损伤组织的修复或再生的技术。其基本原理与方法是：从机体的健康组织中分离出细胞，即种子细胞；使用具有优良生物相容性的材料加工出特定形状的三维结构，即组织工程支架；将种子细胞附着在组织工程支架上生长形成细胞组织–生物材料复合物，然后将复合物植入人体组织、器官的病损部位。随着细胞组织的不断增殖、分化，组织工程支架的生物材料逐渐被机体降解，最终形成形态、功能与相应组织、器官一致的新组织。组织工程支架使组织或器官再生成为了可能。

使用780nm中心波长的飞秒激光进行光聚合直写加工制备天然类水凝胶组织工程支架是如今的一大研究热点。现有研究成果中，研究者通过合成D-π-A-π-D等具有对称化学结构的光引发剂，使用近红外波段的飞秒激光引发光聚合反应。

但是新型光引发剂并未商业化，且合成难度较大。而商用光引发剂的吸收波段大多在355-405nm，而在800nm波段几乎没有吸收峰。因此在光敏性溶液中引入光敏剂提高光引发剂的引发效率为天然类水凝胶的飞秒激光光聚合直写加工提供了一种新的解决思路。而且天然类光引发剂的配置过程中大多使用的是PBS缓冲液，所以加工过程为水相加工，因此需要选用水溶性且生物兼容性优良的光引发体系配置光敏性溶液。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明提出了一种甲基丙烯酸明胶(GelMA)水凝胶的飞秒激光内部光聚合直写加工工艺。所述技术方案如下：

首先，探索了一种可用于780nm飞秒激光光聚合直写加工的甲基丙烯酸明胶(GelMA)水凝胶光敏性溶液的材料配比，原材料包括：已冷冻干燥的GelMA水凝胶颗粒、VA-086光引发剂、孟加拉玫瑰红(rose bengal sodium)光敏剂、1×PBS缓冲液。其特征在于：

冷冻干燥的GelMA水凝胶颗粒，在光敏性溶液中所占比例为0.1g/mL；

VA-086光引发剂，在光敏性溶液中所占比例为0.01g/mL；

孟加拉玫瑰红(rose bengal sodium)光敏剂，在光敏性溶液中所占比例为0.01g/mL；

1×PBS缓冲液，用于溶解配置光敏性溶液所需的原材料。

制备所述的一种可用于飞秒激光内部光聚合直写加工的甲基丙烯酸明胶水凝胶光敏性溶液的方法，其特征在于，将GelMA、VA-086光引发剂和孟加拉玫瑰红光敏剂先后加入到离心管中，再使用移液枪取1×PBS缓冲液加入同一离心管中；使用恒温水浴锅对离心管37℃温水浴加热10分钟；所述的超声波振荡：使用超声波清洗仪对离心管超声波振荡10分钟；对配置好的甲基丙烯酸明胶水凝胶光敏性溶液进行过滤。

最后，研究了所配置实验材料的飞秒激光内部光聚合直写加工特性，其特征在于：

使用780nm波长飞秒激光在甲基丙烯酸明胶(GelMA)水凝胶光敏性溶液中进行光聚合直写加工，利用不同激光功率和激光扫描速度预埋于玻璃基底的聚合物线扫描，可稳定加工的激光功率范围为5mW至16.5mW，激光扫描速度范围为5μm/s至200μm/s。在激光功率5mW、激光扫描速度10μm/s的加工参数下的得到253nm的最小加工分辨率。