[发明专利]一种3D打印水凝胶及其制备方法

说明书

本发明公开了一种3D打印水凝胶及其制备方法，属于材料科学领域。本发明所述的3D打印水凝胶，其组分包括：GelMA、黄原胶、CMC、光引发剂、水，其中GelMA、黄原胶、CMC、光引发剂的质量比为5～20：1.5～2.5：7～10：0.5～1：100。本发明以GelMA为主要光交联组分充分利用了其较好的生物相容性和光交联效率高的优势，同时借助其他组分的优势改善了GelMA水凝胶脆性、易碎的不足，并赋予其理想的打印精度。

技术领域

本发明涉及一种3D打印水凝胶及其制备方法，属于材料科学领域。

背景技术

直写3D打印是一种通过气压或机械压力将材料通过注射器挤出并结合计算机程序制备特定结构的增材制造技术，在模具制造和生物工程等领域有着广泛的应用前景。理想的直写3D打印材料应该具备较好的打印精度和稳定性，在3D打印后通过热固或其他形式物理，化学变化使其形状可以长期稳定保持。

现阶段大多数直写3D打印后均采用热固方式获得稳定结构，少数使用光交联技术实现3D打印墨水由溶液向凝胶的转变。

发明内容

[技术问题]

在现有的3D打印直写光交联墨水中普遍存在所得到的3D打印结构较脆，缺乏弹性，在外力作用下易破碎，并且其往往存在一定的细胞毒性，不能满足生物工程及医疗卫生领域的应用需求。而且现有直写3D打印得到的生物材料普遍存在机械性能较差、打印精度不高的问题。

[技术方案]

为了解决上述至少一个问题，本发明以GelMA为光交联组分，加入黄原胶和羧甲基纤维素钠CMC作为打印性能调解组分，得到3D打印的墨水；而且本发明得到的3D打印墨水在满足理想打印性能的同时没有显著降低其GelMA的光交联效率，充分利用了GelMA较好的生物相容性和光交联效率高的优势，同时借助其他组分的优势改善了GelMA水凝胶脆性、易碎的不足，并赋予其理想的打印精度。

本发明的第一个目的是提供一种3D打印墨水，其组分包括：GelMA、黄原胶、CMC、光引发剂、水，其中GelMA、黄原胶、CMC、光引发剂的质量比为5～20：1.5～2.5：7～10：0.5～1：100。

在本发明的一种实施方式中，所述的GelMA、黄原胶、CMC、光引发剂、水的质量比为15：2：8：0.5：100。

在本发明的一种实施方式中，所述的GelMA的制备方法为：

将明胶溶于水中，溶胀；随后向溶液中滴加甲基丙烯酸酐进行反应，反应结束后加水终止反应，透析、干燥，得到甲基丙烯酸酰化明胶GelMA。

在本发明的一种实施方式中，所述的GelMA的制备方法具体为：

取10g明胶，溶于100mL水中，溶胀1小时，随后在50℃下向溶液中滴加甲基丙烯酸酐6mL，反应3h后使用400mL水稀释溶液终止反应，使用截留分子量8000～15000的透析袋在50℃条件下透析3天，期间每6h更换水，最后将溶液冷冻干燥2天，得到甲基丙烯酸酰化明胶GelMA。

在本发明的一种实施方式中，所述的光引发剂包括2-羟基-2-甲基-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-1-丙酮(Irgacure 2959)、苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基膦酸锂光引发剂。

本发明的第二个目的是提供一种制备本发明所述的3D打印墨水的方法，包括如下步骤：

将GelMA、黄原胶、CMC、光引发剂、水按照质量比混合均匀即可得到3D打印墨水。

在本发明的一种实施方式中，所述混合均匀的温度不能低于20℃。

本发明的第三个目的是提供一种制备3D打印水凝胶的方法，所述方法是将本发明所述的3D打印墨水在365nm、10W的紫外光，距离为8-12cm的条件下照射15min以上。