[发明专利]丝素蛋白3D打印生物墨水及其应用

说明书

本发明涉及一种丝素蛋白3D打印生物墨水及其应用，本发明的3D打印生物墨水包括丝素蛋白基材料、颗粒和添加剂，添加剂用于使丝素蛋白3D打印生物墨水交联固化。基于现有3D打印支架材料孔隙问题，通过在生物墨水中添加材料，以提高3D打印过程中3D结构的自持性，同时打印后除去材料，在3D打印结构中形成20～500μm孔，且50％以上孔直径≥100μm，大大提高支架内部物质交换效率，提高细胞增殖效率和分化能力。本发明所创建的方法及其依据本发明制备的3D打印仿生结构对研究材料与细胞之间的作用机理，组织再生与生物医用材料研究具有非常重要的意义。

技术领域

本发明涉及3D打印生物墨水，尤其涉及一种丝素蛋白3D打印生物墨水及其应用。

背景技术

目前，组织工程被认为是最有希望彻底解决组织和器官修复难题的途径之一。组织工程的核心是构建由细胞与细胞支架结合的复合体。其中，组织工程支架作为种植细胞的场所和组织再生的模板，其内部孔隙大小与孔隙率对细胞的粘附与生长产生重要影响，并最终决定对待修复部位的修复效果。把3D打印与组织工程结合到一起，可以实现复杂组织精度更高的制作，实现细胞空间排列的可行性，并控制孔隙率维持营养交换和细胞存活。3D打印技术虽然解决了宏观毫米尺度的孔隙问题，但微观尺度的孔隙大小与孔隙率仍取决于生物墨水。3D打印生物墨水的制备工艺将决定支架内部微孔结构形态和性能，进而影响组织再生材料与细胞的相互作用机理，影响其在组织工程和生命科学领域中的实际应用价值。因此，生物相容性好、可制备孔径大小合适的支架的3D打印生物墨水的制备对组织工程和生命科学领域的进一步发展有着十分重要的意义。

近年来，组织工程支架的制备、微孔结构调控及应用研究吸引了各研究背景的多学科领域学者的关注。1933年，Mikos等人率先提出粒子致孔法制备聚乳酸多孔膜，通过往聚乳酸(PLA)中加入盐颗粒(如氯化钠、柠檬酸钠)真空干燥等操作后，将PLA/盐复合膜浸入蒸馏去离子水中，滤除盐颗粒。利用无机盐溶于水而不溶于有机溶剂的原理，制备出孔隙率、表面积比高的聚乳酸多孔膜，已成功地用于软骨细胞的培养和软骨组织的生成。之后，GONG等在此技术基础上加以改进，采用溶剂浇铸/真空挥发/粒子沥滤技术制备了干燥的聚乳酸三维多孔支架。此技术不仅拓展了传统溶液浇铸/粒子沥滤技术的应用，而且还可以制备出管状、梯度支架。这种方法制备的复合支架可以调节孔径和孔隙率，但是支架不能太厚，且支架制备过程中引入有机溶剂，其残留量高，这对细胞的生长有一定的危害，同时该方法的制备周期比较长。

中国专利201610569584公开一种高孔隙率高连通性生物支架制备方法，采用热压机压制出NaCl颗粒预成型体，将预成型体的上下铺设脱模布，再在上脱模布的上方铺设导流网，预成型体、脱模布和导流网放入真空袋内，密封真空袋后将预成型体切碎放入循环流动的去离子水池中沥滤除掉成孔剂，最后冷冻干燥。上述方法能制备孔隙率较大的支架，但孔径大小受NaCl颗粒直径的限制，无法实现真正的微孔结构可调性，且难以实现复杂形状的制备。

中国专利CN 108638494 A公开一种以聚己内酯(PCL)为打印模板，将磷酸四钙(TTCP)和磷酸氢钙(DCPD)的混合物混匀于聚己内酯溶液中，配制成打印浆料；通过3D打印将上述浆料打印成一定形状和结构的支架坯体，形成羟基磷灰石HA多孔支架，最后将多孔支架置于丙酮中以溶解和除去支架模板PCL。但在实际操作过程中难免引起支架尺寸、孔隙半径的收缩，且该组织工程支架生物相容性不高。

从现有的研究现状可以看出，尽管组织工程支架的制备工艺受到国内外学者的关注，但至今仍没有一种技术可以制造生物相容性好、可去除性优异、孔径优良的符合细胞增殖与生长的组织工程支架。对于粒子造孔技术来说，能够制备出高孔隙率、孔径大的支架，但其内部孔与孔之间连通性差，且造孔颗粒不易；挤出成型技术虽然能实现个性化可调控性，但仍难加工出复杂形状的三维支架。此外，相关的合成高分子材料生物支架多数存在着生物相容性差的缺点。因此，现有技术中存在的以上问题，影响着细胞在组织再生材料内的粘附与生长，以及生物支架在组织工程和生物医学领域的运用，迫切需要得到解决。

发明内容