[发明专利]一种三维打印复合气凝胶构建仿生气管及其制备方法

说明书

本发明涉及一种三维打印复合气凝胶构建仿生气管及其制备方法，包括：将碎纤维混合液与镂空圆管支架，在模具中浇筑成型，交联，热处理、浸泡获得。本发明所述聚乳酸/明胶气凝胶具有纳米纤维结构，是一种多孔的，可挤压的，具有优良吸水性的海绵结构材料。本发明所得材料能促进软骨细胞基质的形成，为仿生气管结构功能长期稳定提供有效支撑。

技术领域

本发明属于仿生气管及其制备领域，特别涉及一种三维打印复合气凝胶构建仿生气管及其制备方法。

背景技术

气管是一种血管化的中空管，更是连接在喉和肺之间的通道。多种疾病会导致气管狭窄，影响通气功能，严重时甚至造成窒息，危及生命。目前，黄金标准治疗是利用气管切除术即气管切除与对端吻合进行重建以恢复气管的连续性。其他疗法还包气管支架植入术或滑动气管成形术。以上治疗方法均有不同程度的成功，但是临床上没有可行的选项适用于长段气道障碍患者。对于成人气管狭窄缺损长度＜6cm，儿童气管狭窄缺损长度＜1/3总气管长度的这种未达到严重狭窄及缺损的病例，临床上多采用狭窄及缺损处切除后端端吻合的治疗方式。正在开发用于气管替代的替代物中，包括自体移植物，同种异体移植物和假肢，或以上替代物的组合，但是它们具有炎症，感染，不适当尺寸以及未能有效模拟原始组织的生理特性的限制。为了解决这些问题，基于三维打印复合气凝胶的组织工程支架为气管组织的治疗和再生提供了潜在的替代方案。

三维打印技术是一种新型制造技术，已应用于仿生组织器官的个性化打印中。其具有制造精度高、空间层次结构清晰、制作效率高、个性化适配性好等优点。运用三维打印技术和气凝胶工艺制备具有夹层结构的仿生气管支架，聚己内酯镂空圆管支架两侧的气凝胶可解决常规替代物生物相容性较差的问题，同时内层中间的聚己内酯镂空圆管支架可提供长期的力学支撑，防止仿生气管在移植后力学不足而坍塌。

气凝胶是凝胶脱去溶剂所形成的物质形态，是世界上密度最小的固体。气凝胶能够精准地模拟细胞外基质的生物学微环境，已在骨、肝等器官的再生医学研究中展示出良好的应用前景。气凝胶生物学优点主要体现在：大孔隙结构，利于软骨细胞黏附和增殖，同时也利于细胞摄取营养物质，进而促进细胞分化成熟，分泌细胞外基质；空间构象分布均匀，利于细胞定居并维持稳定的立体结构。此外，它还具有三维结构可控，定制性强，优良的弹性力学，能够抗弯折等优点。气凝胶的上述特点促使我们推测，气凝胶具有气管替代物所需的力学特性，更有助于软骨增殖分化，形成软骨基质，成为适合构建仿生气管支架的理想材料。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种三维打印复合气凝胶构建仿生气管及其制备方法，克服现有技术利用生物体自身组织提取材料的局限性，且加工方式繁琐、成本高等缺陷。本专利材料来源于高分子聚合物和明胶，材料容易获得且加工方式为静电纺丝和三维打印结合，进而制备的仿生气管力学性能、两侧负载的气凝胶等特征更能模拟生物体组织生长的微环境。

本发明的一种复合气凝胶构建仿生气管的方法，包括：

(1)将生物纳米纤维膜剪碎后加入溶剂中，匀浆粉碎处理，得到碎纤维混合液；

(2)三维打印平面网状支架固定在固定轴上，软化，成型，得到有缺口(连接处缺口)的镂空圆管支架，然后缝合缺口，得到镂空圆管支架；

(3)将步骤(1)中的碎纤维混合液与步骤(2)的镂空圆管支架，在模具中浇筑成型，交联，得到交联后的仿生气管支架；

(4)将上述交联后的仿生气管支架进行热处理，浸泡谷氨酸溶液，漂洗，干燥成型，得到仿生气管。

上述制备方法的优选方式如下：

所述步骤(1)中生物纳米纤维膜可为聚乳酸/明胶或聚己内酯等其它聚酯的生物纳米纤维膜