[发明专利]温度响应性可降解3D打印生物墨水及3D打印方法

说明书

一种温度响应性可降解3D打印生物墨水及3D打印方法，所述3D打印生物墨水由温度响应性水凝胶和生物细胞构成，所述水凝胶由具有温度响应性的PLGA‑PEG‑PLGA三嵌段共聚物按照一定比例与其他添加物混合制成，由于温度响应性的PLGA‑PEG‑PLGA三嵌段共聚物的临界相转变温度范围为20‑33℃，具有在人体体温37℃的固化成凝胶特性，从而使得本发明的3D打印生物墨水具备了同样的温度响应性及可降解特性。本发明利用上述3D打印生物墨水的温度响应性以及可降解特性，在打印之前配制预凝聚的生物墨水，打印之后对模型缓慢冷冻之后快速升温脱出水分，可以形成含有生物细胞的多孔的结构模型，可以获得多孔结构的营养和代谢通道，有利于通过3D打印获得更大更厚的组织结构。

技术领域

本发明涉及生物技术领域，尤其是3D生物打印技术领域，特别涉及一种温度响应性可降解3D打印生物墨水及3D打印方法。

背景技术

3D打印可以快速高效的制造出个性化的产品，因而逐渐被引入到生物医疗行业，以期通过3D打印技术用于组织和器官移植。《生物3D打印的最新研究及应用》(粉末冶金工业，第25卷第4期，2015年8月，张洪宝等)中对3D生物打印技术的应用划分成不同层次进行了介绍，此处引用作为参考。较高层次的3D生物打印的基本方法是，将活细胞接种到生物相容的且最后可生物降解的支架中，然后在生物反应器中进行培养，使得细胞依托支架形成的空间成长生成所需组织。例如，CN 106085949 A公开了一种基于3D打印成型的重建尿道假体的方法；通过细胞诱导因子分化为类上皮细胞、类平滑肌细胞，然后转化成细胞液滴，该细胞液滴有细胞和培养液水凝胶混合而成，制成可供医用3D打印机使用的生物墨水；选择胶原与藻酸盐混合的水凝胶作为支架材料的支架墨水；通过电脑控制细胞或细胞聚集体，细胞与凝胶间的比例及喷嘴的喷射位置和力度，以电控升降平台控制喷头升降，3D打印机两个喷头逐层交替打印尿道切面。通过体外培养脂肪源性干细胞，诱导其分化成尿路上皮细胞和平滑肌细胞，然后转化成细胞液滴，结合3D打印，在体外重建尿道，然后再将重建的尿道移植到患者身上去。亦即，上述现有3D生物打印技术中用到的3D生物打印材料为两种：一种是包含细胞的生物墨水，一种是用作支架的支架材料。

现有技术关于3D打印的研究方向基本上就是寻找合适的生物墨水和支架材料，例如：CN 104399119 A公开了一种基于3D生物打印制备高力学性能软骨的方法，其通过蚕丝纤维和明胶溶液制备含软骨干细胞的生物墨水，以PCL材料形成支架(PCL是一种半结晶型聚合物，由ε-己内酯用钛催化剂、二羟基或三羟基引发剂开环聚合制得结构为[CH₂-(CH₂)₄-COO]_n的聚酯)。其中生物墨水中含有磷酸缓冲液、藻朊酸钠、明胶、甲基丙烯酸酐溶液、二水合硫酸钙、蚕丝纤维以及UV光引发剂，通过藻朊酸钠与钙离子形成离子键、明胶与甲基丙烯酸酐形成共价键提高凝胶的力学性能，打印完成之后通过UV光照射成型。再比如：CN105238132 A中公开了一种用于3D打印的生物墨水，其组成成分包括具有交联功能的水溶性合成聚合物、具有交联功能的水溶性天然高分子、能自发形成特殊超微结构的生物活性组分、交联引发剂和溶剂，进一步还包括生物活性组分；墨水最后同样通过UV光照射固化成型。CN 105885436 A公开了一种用于3D打印的生物墨水材料及其制备方法和应用，该现有技术其实提供的是支架材料，该支架材料利用生物大分子、预交联剂、促凝剂作为支架墨水材料，打印出来后经过水洗、交联剂予以定型获得抗原性、排斥反应小且具有生物可降解性的软组织支架。

以上介绍的均为包含支架的3D生物打印技术的背景情况，CN 103249567 A中公开的用于制造组织的装置、系统和方法中，对于3D生物打印的各种材料的组分进行了详细的罗列，其中特别提及现有技术也有无支架3D生物打印技术的尝试，但是无支架技术存在很多限制，例如难以获得复杂的几何形状、难以形成提供组织生产所需养分的血管网络等。因此，该现有技术提供的均为包含支架的3D生物打印解决方案。