[发明专利]一种凝胶打印用壳聚糖墨水制备及成形方法

说明书

本发明公开了一种凝胶打印用壳聚糖墨水制备及成形方法，制备及成形步骤包括将壳聚糖分散于盐酸、乙酸、醋酸锌与水混合的的酸性溶液中搅拌1～2min得到壳聚糖酸性溶液。按质量比取氢氧化锂、氢氧化钠、尿素与水混合得到碱水溶液。将壳聚糖酸性溶液与碱水溶液按体积比5:4混合充分，经2～3次循环冷冻解冻得到凝胶打印用壳聚糖墨水。将壳聚糖墨水按打印机中由模型切片生成的打印轨迹与酸、醇和水混合而成的凝固液交联得到壳聚糖凝胶支架。本发明所制备的壳聚糖墨水具备周期短，理化性质可长期保持稳定的优点。经打印成形的凝胶支架具有较好的生物相容性、稳定性和机械性能，拓展了复杂空间结构的三维壳聚糖凝胶在工业和生物医学等领域的应用。

技术领域

本发明涉及一种凝胶打印用壳聚糖墨水制备及成形方法。

背景技术

凝胶打印技术与传统3D打印技术在机械原理上基本相同。凝胶打印机喷头内部装有液态的打印墨水，按机器中预设的打印模型切片生产的打印轨迹运动与凝固液交联，经层层叠加得到凝胶支架。且所打印的凝胶支架不受空间三维复杂程度影响。

壳聚糖是以虾蟹为原料获取甲壳素后脱乙酰基后的产物，产量丰富。壳聚糖是自然界中唯一的天然碱性多糖，因其凝胶具有多种有益的生物活性，良好生物相容性及降解性，被广泛用于生物医药、软体机器人和农业环保等领域，如药物缓释载体、抗凝、组织工程、生物传感器、仿生肌肉、土壤修复和水处理等。

壳聚糖易溶于pH值小于6的多种稀酸，但其分子内部的糖苷键多为半缩醛结构，在酸性溶液中易水解，主链发生断裂导致分子量锐减，会对打印凝胶的支架机械力学性能造成影响。壳聚糖碱性溶液稳定性佳，解决了该问题，但壳聚糖需低温溶胀，周期较长，不宜用于对壳聚糖墨水需求量较大的凝胶打印，故需要一种能满足凝胶支架机械性能及打印工艺且制备周期较短的凝胶打印用壳聚糖墨水。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明针对现有技术的不足，提出了一种制备周期短，溶液稳定高，可用凝胶打印的壳聚糖墨水，实现了高强度复杂空间结构的壳聚糖三维凝胶打印。

(二)技术方案

本发明的凝胶打印用壳聚糖墨水制备及成形方法的技术方案，包括以下内容：

(1)壳聚糖墨水制备方法：将质量浓度分别为1％～3％盐酸与2％～6％乙酸按体积比1:2混合，加适当水调节至pH4～6，加入醋酸锌搅拌溶解得酸性溶剂，其中醋酸锌含量占酸性溶剂质量的1％。加入粉末状壳聚糖分散搅拌1～2min，得到壳聚糖酸性溶液。按质量比取10％～12％氢氧化锂、6％～8％氢氧化钠、4％～8％的尿素，其余为水，混合充分溶解后得碱水溶液。将壳聚糖酸性溶液与碱水溶液按体积比5:4混合充分，在-20～-40℃间循环冷冻解冻2～3次得到凝胶打印用壳聚糖墨水。

(2)壳聚糖墨水凝胶打印成形方法：通过计算机设计软件对所需打印的复杂空间结构的凝胶支架进行三维建模后，将经切片后生成打印路径输入到凝胶打印机中。将壳聚糖墨水注入打印喷头，启动打印机，打印喷头按照打印路径由点到面逐点对凝胶支架的单层进行打印，当从打印喷头挤出的壳聚糖墨水遇到由雾化喷头喷出的的凝固液时发生高分子交联固化，当一层打印完成后，凝胶打印喷头上升一个层高开始进行新一层打印，如此反复，直到完成整个复杂的凝胶三维支架打印完成。所用凝固液由酸、醇和水混合而成，酸的质量浓度为4％～8％，且可回收二次利用。

(三)有益效果

本发明相对现有技术，具有以下有益效果：