[发明专利]用于光固化载细胞3D打印复合水凝胶及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种用于光固化载细胞3D打印复合水凝胶及其制备方法和应用。本发明的复合水凝胶结合甲基丙烯酰化明胶、羧甲基纤维素钠、透明质酸‑谷氨酸聚合物等的优点。所提供的3D打印复合水凝胶具有毒性低、生物相容性好、力学性能可调、可给细胞提供三维生存环境以及促进细胞在梯度支架上的粘附和迁移的特点，适用于组织工程支架及组织的载细胞打印。打印支架过程简单，可以在短时间内完成，并且通过调整水凝胶体系中HA‑Glu和Col的比例来调节3D打印水凝胶支架的孔隙率以及力学性能。

技术领域

本发明涉及生物医用材料技术领域，尤其涉及一种用于光固化载细胞3D打印复合水凝胶及其制备方法和应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

在组织工程技术中，生物相容的、可生物降解的材料被用作支持基质，用作输送培养细胞的基质，或用于三维(3D)组织重建。

聚合物水凝胶具有三维网络，由于含有大量的亲水基团，可以吸收和保留大量的水，同时保持其三维结构。由于其结构和组成与天然细胞外基质(ECM)相似，水凝胶已被广泛用于生物应用以及伤口敷料、电子和软机器中的下一代柔软、坚固和生物集成系统。水凝胶的聚合网络通常通过共价相互作用或非共价相互作用形成。然而，共价键或非共价键能够有助于水凝胶的强度或韧性。综上所述，通过添加适当的天然材料，以研制适合细胞粘附、迁移、增殖的水凝胶是十分重要的。此外，制备具有高精度、生物相容性好以及为三维培养细胞提供载体的支架尤为重要。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种复合水凝胶的制备方法及其应用，本发明制备出了具有生物相容性好、毒性低、力学性能可调、可光固化的成型精度高、可为三维培养细胞提供载体，促进细胞在三维支架上的粘附和增殖的生物3D打印的复合水凝胶材料。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

第一方面，本发明提供一种复合水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

(1)将含有氨基的L-谷氨酸通过肽键接枝到含有羧基的透明质酸的分子链上，得到透明质酸-谷氨酸聚合物(HA-Glu)，该聚合物在保留了透明质酸原有性质的基础上，引入了谷氨酸的相关特性，为神经细胞提供有利的生存环境；将透明质酸-谷氨酸聚合物(HA-Glu)、I型胶原蛋白(Col)、氯化钠溶解在HCl溶液中，形成透明质酸-谷氨酸聚合物与胶原的混合溶液(HA-Glu/Col混合溶液)。

(2)将光引发剂苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基亚磷酸锂(LAP)溶解在NaCl溶液中，水浴加热，形成LAP溶液；

(3)将甲基丙烯酰化明胶(GelMA)溶解在LAP溶液中，水浴加热直至完全溶解，形成甲基丙烯酰化明胶溶液；

(4)将羧甲基纤维素钠(NaCMC)溶解在LAP溶液中，水浴加热直至完全溶解，形成羧甲基纤维素钠溶液。

(5)分别将上述步骤(1)的HA-Glu/Col混合溶液、步骤(3)的甲基丙烯酰化明胶溶液以及步骤(4)的羧甲基纤维素钠溶液进行混合，然后加入阻光剂柠檬黄，用0.22μm的无菌过滤器过滤除菌，最终得到复合水凝胶。

进一步的，透明质酸-谷氨酸聚合物的制备方法具体为：在步骤(1)中，在55℃下将透明质酸溶解在MES缓冲液中，随后在37℃下，将1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(EDC)和N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)加入溶液中活化；活化结束后，在37℃下将L-谷氨酸盐酸盐溶解在上述溶液中，继续在37℃下搅拌进行充分反应。优选的，所述透明质酸、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐、N-羟基琥珀酰亚胺和L-谷氨酸盐酸盐在溶液体系中的质量体积浓度g/mL分别为1(w/v)％，0.72(w/v)％，0.44(w/v)％，1.46(w/v)％。