[发明专利]一种3D生物打印成型方法

说明书

本发明公开了一种3D生物打印成型方法，包括如下步骤：(1)3D生物打印：利用3D生物打印机将3D打印生物墨水按照建好的模型进行打印，打印支架在低温下储存，得到定型的凝胶材料；(2)交联：定型的凝胶材料进行水洗；然后加入交联剂，于低温条件下交联反应；最后再进行水洗，洗去残余交联剂；本方法采用低温处理及交联的方法打印目标结构，不仅能保证3D打印的快速进行，还可进一步在胶原蛋白分子内和分子之间引入共价键，保留大部分胶原蛋白结构，提高打印材料的力学强度和化学稳定性，控制其在体内的吸收速度，以便胶原类生物材料发挥作用。

技术领域

本发明涉及生物技术领域，特别涉及3D生物打印成型方法。

背景技术

3D打印技术用于临床医疗的案例已不再罕见，该技术与医疗的结合方式主要有以下几种：①术前诊断及手术预演模型；②植入物制备(骨骼、牙齿、软组织器官等)；③外用医疗耗材(颌面塑形支具等)。目前硬组织支架如骨、牙齿的打印技术目前已较为成熟，但软组织支架的打印仍有待进一步完善。

现有可供软组织打印的生物墨水多为高分子水凝胶，包括人工合成高分子材料及胶原等天然水凝胶，但围绕着这些材料开展的进一步研究结果显示；打印支架对细胞的分化促进作用较弱；接种于打印支架上的细胞在整个培养过程中都仅在原位生长，无法进一步与支架结合并降解支架。这些细胞与生物墨水、支架作用不良的问题，可能是由于现有制造技术(包括3D打印在内)的精度有限，无法重现ECM的拓扑结构所导致的，因为该结构对细胞的表型、功能具有至关重要的作用。

另外，为了提高材料的活性仿生水平，研究者大都把注意力聚焦在将一或多种活细胞或生子掺入材料这两种策略之上。然而，含细胞材料的制备难度大，稳定性差，推广困难。而长因子对软组织损伤愈合的作用在体内外的表现并不一致，呈现出复杂性以及对浓度、时空协同性的依赖,不同因子可能作用于不同的细胞生长周期,一种生长因子又可以影响其他因子的表达和活性。因此,这些方法最终的效果往往不令人满意。

最后，受传统软组织3D打印用墨水物理性能限制(很难快速的将其加工成预设计好的形状和结构)，现有的软组织3D打印技术一般采用边打印边交联、或者先交联后打印的方法，其主要缺陷包括：①需使用可光交联的材料，限制了可使用的材料，具有生物安全隐患，且由于光束散射的缘故，制备尺寸较小的材料时会发生较为严重的变形；②交联反应需要一定时间，使得材料在打印过程中结构不稳定，整体制备时间耗时过长。

综上所述，现有技术中的生物3D软组织打印技术尚不成熟，不能满足科研及临床需要。

发明内容

针对以上存在的问题，本发明提供了一种3D生物打印成型方法，针对天然高分子材料，尤其是软组织源性细胞外基质纳米纤维粉为主要原料的3D打印生物墨水，采用低温成型固定及先打印后交联的方法打印目标结构，不仅能保证3D打印的快速进行，还可进一步在胶原蛋白分子内和分子之间引入共价键，在保留大部分胶原蛋白结构的同时，提高打印材料的力学强度和化学稳定性，控制其在体内的吸收速度，以便胶原类生物材料发挥作用。

本发明通过如下技术方案实现：

一种3D生物打印成型方法，包括如下步骤：

(1)3D生物打印：利用3D生物打印机将3D打印生物墨水按照建好的数字模型打印出来。这里，主要利用墨水本身高温具有流动性而低温固化的特性，由10-50℃的墨水注射筒经针头打印到0-10℃的接收平台上。打印后，在0-10℃环境下储存5-120分钟进行加固定型，得到定型的凝胶材料；

(2)交联：定型的凝胶材料进行水洗；然后加入交联剂，于0-10℃的条件下交联反应0.5-24h，将交联好的材料进行水洗，洗去残余交联剂即得。

所述3D打印生物墨水为以软组织源性细胞外基质纳米纤维粉为主要原料，所述软组织源性细胞外基质纳米纤维粉包括但不限于猪、牛或羊真皮组织源性细胞外基质纳米纤维微粉。