[发明专利]胶原基3D打印生物墨水、其制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种胶原基3D打印生物墨水、其制备方法及应用。本发明的生物墨水主要由生物相容性的高分子和微量的植物来源多酚等组成，安全无毒，具有高的生物相容性，且制备工艺简单，成本低廉，且其能够在碱性明胶凝固浴中通过三重交联反应快速固化。利用本发明生物墨水以3D打印方式制得的胶原支架具有较高强度和稳定性，可以作为生物工程支架广泛应用。

技术领域

本发明涉及一种生物医学材料，尤其涉及一种胶原基3D打印生物墨水、其制备方法及应用，属于生物工程技术领域。

背景技术

3D生物(细胞)打印是近些年发展起来的用于体内外制造组织或器官的增材制造技术，这种新型的组织工程技术可以实现将细胞，生长因子等成分精确地定位在生物支架的各个部位。3D生物打印技术的发展对于解决器官缺损等临床医学难题和个性化医疗与再生医学的发展具有重大意义。对于3D生物打印技术来说，其核心要素之一便是生物墨水的制造。理想的生物墨水通常需具备以下几点要求：(1)快速成型(固化)的能力；(2)反应条件温和适宜细胞生存生长；(3)生物相容性高能与细胞共混打印。

现有的3D打印生物墨水存在多种问题，包括：交联速度慢，打印支架达到一定层数之后需要用交联剂进一步交联固化成形；具有一定的细胞毒性，引入的光引发剂，有毒的交联剂戊二醛等使打印的支架难于进一步在生物医学中应用；细胞相容性不高，不能有效促进细胞生长和分化等。例如CN108310463A中的生物墨水制备方法需要将凝胶支架用戊二醛等有毒交联剂固化定性，无法满足实现墨水与细胞共混打印；CN110171131A中的生物墨水制备方法需要加入有毒的光引发剂触发支架固化。CN109575683A中的生物墨水制备方法支架固化时间长达15min-30min，难以实现快速的多层打印。另外，越来越多的合成高分子和其它天然高分子被用于合成3D打印生物墨水，但由于它们不能有效降解或者细胞相容性不高，从而阻止了它们的进一步应用。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种胶原基3D打印生物墨水、其制备方法及应用，从而克服现有技术中的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种胶原基3D打印生物墨水，其包括溶剂和溶解于溶剂中的基质，所述基质包含质量比为1:0.001～0.05：1～20的胶原、植物多酚和醛基化的含羟基高分子。

本发明实施例还提供了一种胶原基3D打印生物墨水的制备方法，其包括：将胶原溶液与植物多酚溶液混合后反应形成胶原-多酚混合凝胶，再将所述胶原-多酚混合凝胶与醛基化的含羟基高分子及溶剂混合；其中，所述胶原、植物多酚和醛基化的含羟基高分子的质量比为1:0.001～0.05：1～20。

本发明实施例还提供了一种3D打印方法，其包括：

提供前述的任一种胶原基3D打印生物墨水，或者利用前述的任一种方法制备胶原基3D打印生物墨水；以及

在碱性明胶凝固浴中，利用所述墨水进行3D打印。

在一些实施方式中，所述的3D打印方法还包括：在打印结束后，将凝固浴置于35～38℃孵育，待其中的明胶浴溶解后，获得打印好的胶原基支架。

与现有技术相比，本发明的优点至少在于：

(1)模拟了天然细胞外基质的有效成分(主要成分为胶原蛋白和多糖等)，以胶原材料为基础，佐以可降解无毒性高分子和植物来源大分子，合成了一类未添加有毒交联剂的高相容性快速自交联生物墨水，其具有优异的细胞相容性，可与细胞进行共混打印；

(2)将所述生物墨水与碱性明胶凝固浴相结合，在生物墨水注入碱性明胶凝固浴中时即可立即发生固化，固化在10s之内发生，反应条件温和，效率高，能获得具有较高稳定性的胶原基支架，且其具有高生物相容性，在生物组织工程等领域具有广泛应用前景。

附图说明