[发明专利]一种可构建多层级仿生孔结构的3D打印生物墨水及其制备方法和打印方法

权利要求书

1.一种可构建多层级仿生孔结构的3D打印生物墨水，其特征在于该3D打印生物墨水包含以下组分：

2.根据权利要求1所述的可构建多层级仿生孔结构的3D打印生物墨水，其特征在于该3D打印生物墨水中所述的可光固化水凝胶为甲基丙烯酸酐化明胶、甲基丙烯酸酐化透明质酸、甲基丙烯酸酐化丝素蛋白、甲基丙烯酸酐化壳聚糖中的至少一种。

3.根据权利要求1或2所述的可构建多层级仿生孔结构的3D打印生物墨水，其特征在于该3D打印生物墨水中所述的有机成骨活性成分为骨形态发生蛋白、成纤维细胞生长因子、转化生长因子-β、血小板衍生生长因子、血管内皮细胞生长因子和胰岛素样生长因子中的至少一种；所述的无机成骨活性成分为磷酸三钙、羟基磷灰石、磷酸四钙和磷酸二氢钙中的至少一种或为锶、铜、锂、铁、锌金属盐中的至少一种。

4.根据权利要求1或2所述的可构建多层级仿生孔结构的3D打印生物墨水，其特征在于该3D打印生物墨水中所述的光引发剂为苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基膦酸锂或Irgacure2959。

5.根据权利要求3所述的可构建多层级仿生孔结构的3D打印生物墨水，其特征在于该3D打印生物墨水中所述的光引发剂为苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基膦酸锂或Irgacure2959。

6.一种制备权利要求1所述可构建多层级仿生孔结构的3D打印生物墨水的方法，该方法的工艺步骤和条件如下：

(1)将可光固化水凝胶和光引发剂加入磷酸盐缓冲液、DMEM培养基溶液或α-MEM培养基溶液中溶解，使水凝胶溶液中的可光固化水凝胶浓度为5～20wt％、光引发剂浓度为0.25～0.5wt％；

(2)将聚环氧乙烷粉末及光引发剂在磷酸盐缓冲液中充分溶解，并使聚环氧乙烷溶液中的聚环氧乙烷浓度为1.0～1.6wt％，光引发剂浓度为0.25～0.5wt％；

(3)分别将水凝胶溶液及聚环氧乙烷溶液用0.22μm滤膜过滤除菌；

(4)将无菌的有机和/或无机成骨活性成分加入除菌后的水凝胶溶液中混匀得到有机/成骨活性成分的复合水凝胶溶液；

(5)将骨髓间充质干细胞消化为悬浮液后计数，离心，并以复合水凝胶溶液将离心后的骨髓间充质干细胞重悬，控制复合水凝胶溶液中的骨髓间充质干细胞浓度为1～10×10⁶/ml，得到载生长因子及细胞的水凝胶溶液；

(6)将载生长因子及细胞的水凝胶溶液与聚环氧乙烷溶液以体积比4:1-1：1混合均匀，然后立即置入4℃冰箱放置3-5分钟即可得到3D打印生物墨水。

7.一种用权利要求1所述可构建多层级仿生孔结构的3D打印生物墨水打印水凝胶支架的方法，其特征在于该打印方法的工艺步骤和条件如下：

(1)先用CT或MRI对骨缺损部位放置支架的部位进行扫描，然后构建目标骨缺损支架三维数字模型，并以STL格式文件导出；

(2)先将3D打印生物墨水加入3D打印机中，并将目标骨缺损支架三维数字模型STL格式文件导入3D打印机，调节打印机料筒温度、打印平台温度、打印速度和光固化时间参数，然后依次进行打印、光固化成型；

(3)将步骤(2)中得到的成型支架取下，浸入37℃磷酸盐缓冲液(PBS)、DMEM培养基溶液或α-MEM培养基中冲洗，洗去聚环氧乙烷溶液，即可得到负载细胞及生长因子并具有多层级仿生孔隙结构的水凝胶支架。

8.根据权利要求7所述打印水凝胶支架的方法，其特征在于该打印方法中所述的步骤(1)具体为：将骨缺损部位及骨缺损部位相对应的对侧健康骨骼进行CT或MRI扫描，获得的数据导入Mimics软件中，新建一个蒙版，设置阈值范围为150～1000HU，获得两侧骨骼模型数据；将骨缺损部位与骨缺损部位相对应的对侧健康骨骼数据进行布尔运算相减，得到骨缺损部位数据，并测算孔隙率及密质骨区域、松质骨区域和松质骨中间的营养孔隙区域分布，得到目标骨缺损部位模型数据，根据上述信息进行建模，必要时添加支撑结构；最后以STL格式文件导出所构建的目标骨缺损支架三维数字模型。

9.根据权利要求7或8所述打印水凝胶支架的方法，其特征在于该打印方法中所述的步骤(2)所用的3D打印生物墨水是依据步骤(1)所得数据来调整3D打印生物墨水中各组分用量，计算所采用的载生长因子及细胞的水凝胶溶液与聚环氧乙烷溶液的体积比，并制备出相应的3D打印生物墨水。