[发明专利]一种生物墨水及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于3D生物打印的生物墨水及其制备方法。所述生物墨水包括如下质量百分比的组分：质量分数8％～20％的具有交联功能的亲水性高分子、质量分数10～20％的具有交联功能的水溶性酶、质量分数0.1％～1％的细菌纤维素、余量为无菌PBS溶液。生物打印墨水与细胞混合后即可用于3D打印，所用材料的剪切变稀性能，使得生物墨水挤出后具有自支撑的特点。并且所用材料细胞相容性很好，酶交联剂在生理温度(37℃左右)形成水凝胶，反应条件温和，对细胞无伤害，水凝胶支架在培养液中稳定性较好可以支持细胞增殖。

技术领域

本发明属于生物墨水制备技术领域，具体涉及一种具有优异生物相容性的生物墨水及其制备方法与应用。

背景技术

3D生物打印是基于离散-堆积成形原理，以活细胞、生物活性因子及生物材料的基本成形单元，设计制造具有生物活性的人工器官、植入物或细胞三维结构的技术，融合了制造科学与生物医学，是一项具有交叉性和前沿性的新兴技术。3D生物打印具有高精度、高效率、个性化制造等特点，在生物医药领域已引起人们足够重视，具有非常广泛的应用前景。

生物墨水是可用于3D生物打印的材料，通常是含有营养成分、基质成分和细胞的流体。理想的生物墨水不仅需要具有良好的生物相容性的生物活性保证细胞生存，而且在打印过程中可以快速成型，又不能堵塞打印机。获得有效的生物打印墨水是研究者目前一直致力的目标。迄今为止，采用3D打印技术制造真正适合于体内植入的器官或组织还面临很大的挑战，其中关键的瓶颈是研发适合于3D打印的生物材料。对细胞而言，生物材料代替天然组织作为其细胞外基质，其微环境必须要保证细胞正常的贴附和增殖，并且维持良好的细胞活性。目前用于3D打印的天然材料中应用最广泛地是有机凝胶类材料，如海藻酸盐、明胶、透明质酸、纤维蛋白、胶原等。天然水凝胶由于与组织细胞外基质成分的相似性，具有良好的生物相容性和生物可降解性，因此成为包裹细胞的首选。海藻酸钠通过与二价阳离子的化学交联使得它在短时间内从溶胶变为凝胶，这一特性使得海藻酸盐在3D组织、器官打印中具有广泛的应用。但是海藻酸盐本身缺少细胞识别位点，并且离子交联型海藻酸盐水凝胶支架的稳定性差，会因为二价阳离子的流失发生不可控的解体。胶原是细胞外基质的主要结构蛋白之一，在生理条件下可以交联形成凝胶，但是较高的成本和较差的机械强度限制了它的应用。明胶是胶原进一步降解而成的，因其成本较低，并且可以促进细胞粘附而得到了广泛应用。但是明胶本身不能快速成型，因此需要与其他水凝胶材料混用。明胶通过甲基丙烯酰胺修饰之后可以由紫外光引发进行交联，因此也被广泛应用与生物打印平台。但是目前明胶交联的过程中使用的交联剂，如戊二醛，具有一定的毒性，紫外光也对细胞会造成一定的损伤。因此，生物墨水，尤其是用于软组织仿生制造的生物墨水，这是至今全世界都没有很好解决的难题。

发明内容

针对现有生物打印材料的不足，为了解决目前用于3D打印的生物墨水匮乏的难题，本发明提供了一种同时具有生物活性和温和固化条件，同时具备剪切变稀性能和体内可降解吸收性能的用于3D生物打印的生物墨水。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种用于3D打印的生物墨水，包括如下组分：具有交联功能的亲水性高分子、具有交联功能的水溶性酶溶液、具有增稠作用的细菌纤维素。

优选地，所述用于3D打印的生物墨水，包括如下质量百分比的组分：质量分数8％～20％的具有交联功能的亲水性高分子、质量分数10～20％的具有交联功能的水溶性酶溶液、质量分数0.1％～1％的细菌纤维素、余量为无菌PBS溶液。

更优选地，所述用于3D打印的生物墨水，包括如下质量百分比的组分：质量分数8％～16％的具有交联功能的亲水性高分子、质量分数10～20％(具体可为16.7％)的具有交联功能的水溶性酶溶液、质量分数0.1％～0.5％的细菌纤维素、余量为无菌PBS溶液。

进一步的，所述用于3D打印的生物墨水中还可包括：质量分数0.1％～1％的细胞生长因子。