[发明专利]一种适于太空环境的生物3D打印方法

说明书

本发明实施例涉及一种适于太空环境的生物3D打印方法，包括：在成形区域内放置辅助成形凝胶盒，所述辅助成形凝胶盒中盛放有触变性凝胶，所述触变性凝胶具有剪切变稀特性；在所述辅助成形凝胶盒的触变性凝胶内打印生物墨水，使生物墨水交联固化，形成3D生物模型。本发明实施例以触变性强的凝胶作为辅助成形材料，利用凝胶对生物墨水的约束力，克服失重环境对生物墨水打印的影响，而不改变生物墨水生物学性能。

技术领域

本发明属于生物3D打印技术领域，具体涉及一种适于太空环境的生物3D打印方法。

背景技术

生物3D打印技术是指将生物单元(细胞/蛋白质/DNA等)和生物材料按仿生形态学、生物结构或生物体功能、以及细胞特定微环境等要求用“三维打印”的技术手段制造出具有个性化的体外三维结构模型或三维生物功能结构体。关于3D打印技术的科学研究、技术应用和产业化发展广泛应用于生物3D打印装备和生物墨水的研发及制造、高端医疗器械的制造、复杂组织工程支架制造、体外生物功能结构体的制造、生物/病理/药理模型和新药检测模型制造等领域。

随着21世纪的到来，人类探索太空的脚步在逐渐加速，但太空的环境不同于地球上，失重或强辐射都可能对宇航员的健康带来危害，对动植物的特性带来改变，因此，在太空进行各种生物学实验的意义重大。生物3D打印设备可以在太空环境中打印各种体外仿生的生物/病理/药理模型和新药检测模型制造等，并可随时修改实验参数和实验条件进行太空随时打印实验，提高了单次太空实验的成功性。

因太空失重环境的影响，传统的生物3D打印方法在太空中难以精准打印原设计的形状，会出现生物打印墨水粘接不牢，层层剥离或脱落等问题。现有的解决方法主要为提升墨水间的粘结力，具体方法包括使用磁性墨水和高粘性墨水。

其中，磁性墨水是指在生物墨水中加入磁性材料，使得打印后的生物墨水能依靠磁性的吸力聚集在仪器上，避免出现墨水粘接不牢的情况。但磁性物质并非人体原有物质，磁性物质的加入会带来生物学结果的改变，影响生物学实验的准确性。

高粘性墨水是指通过特定成分添加使得生物墨水具有很强的粘性，使得生物墨水自身的结合力很强。但是高粘性墨水粘度很大，很难打印，需要很大的喷射力才能喷射，而大喷射力会带来细胞的损伤。

发明内容

为了解决上述在太空中生物3D打印面临的材料选择和制造工艺中的技术问题，本发明实施例提出一种适于太空环境的生物3D打印方法，包括如下步骤：

在成形区域内放置辅助成形凝胶盒，所述辅助成形凝胶盒中盛放有触变性凝胶，所述触变性凝胶具有剪切变稀特性；

在所述辅助成形凝胶盒的触变性凝胶内打印生物墨水，使生物墨水交联固化，形成3D生物模型。

进一步，所述触变性凝胶包括普朗尼克F127和水。

进一步，所述方法还包括制备触变性凝胶，将一定质量的普朗尼克F127粉末溶解在去离子水中，在4～10℃条件下放置12～72小时至普朗尼克F127粉末完全溶解，以制得普朗尼克F127溶液，并在4～10℃条件下将普朗尼克F127溶液输送到辅助成形凝胶盒中，恢复辅助成形凝胶盒至20-37℃，所制得溶液变成凝胶态。

进一步，所述触变性凝胶中还可以包括增稠剂、顺滑剂、离子成分、酶成分和生长因子中的一种或多种组合。

进一步，所述触变性凝胶中还包括1％～3％质量体积比的羧甲基纤维素，以增强触变性凝胶的顺滑性和去除剪切力后的凝胶恢复能力，所述质量体积比是指常温下羧甲基纤维素的质量与所述触变性凝胶的总体积之比，单位为g/ml。

进一步，所述普朗尼克F127的质量体积比为20～50％，所述普朗尼克F127的质量体积比是指常温下普朗尼克F127的质量与所述触变性凝胶的总体积之比，单位为g/ml。

进一步，所述普朗尼克F127的质量体积比为30～40％。