CN106552287A - 基于3d打印技术的羟丁基壳聚糖智能水凝胶支架及其制备方法 - Google Patents

基于3d打印技术的羟丁基壳聚糖智能水凝胶支架及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106552287A
CN106552287A CN201611094052.5A CN201611094052A CN106552287A CN 106552287 A CN106552287 A CN 106552287A CN 201611094052 A CN201611094052 A CN 201611094052A CN 106552287 A CN106552287 A CN 106552287A
Authority
CN
China
Prior art keywords
printing
hydroxyl butyl
shitosan
aqueous gel
hydrogel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201611094052.5A
Other languages
English (en)
Inventor
魏长征
王晓彤
蒋丽霞
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
QISHENG BIOPREPARATIONS CO Ltd SHANGHAI
Original Assignee
QISHENG BIOPREPARATIONS CO Ltd SHANGHAI
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by QISHENG BIOPREPARATIONS CO Ltd SHANGHAI filed Critical QISHENG BIOPREPARATIONS CO Ltd SHANGHAI
Priority to CN201611094052.5A priority Critical patent/CN106552287A/zh
Publication of CN106552287A publication Critical patent/CN106552287A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/14—Macromolecular materials
    • A61L27/20—Polysaccharides
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/50—Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/50—Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
    • A61L27/507—Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials for artificial blood vessels
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/50—Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
    • A61L27/52—Hydrogels or hydrocolloids
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/50—Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
    • A61L27/56—Porous materials, e.g. foams or sponges
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/50—Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
    • A61L27/60—Materials for use in artificial skin
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y80/00—Products made by additive manufacturing
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2430/00—Materials or treatment for tissue regeneration
    • A61L2430/06—Materials or treatment for tissue regeneration for cartilage reconstruction, e.g. meniscus
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2430/00—Materials or treatment for tissue regeneration
    • A61L2430/20—Materials or treatment for tissue regeneration for reconstruction of the heart, e.g. heart valves
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2430/00—Materials or treatment for tissue regeneration
    • A61L2430/32—Materials or treatment for tissue regeneration for nerve reconstruction

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Transplantation (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Dermatology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Vascular Medicine (AREA)
  • Materials For Medical Uses (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于3D打印技术的羟丁基壳聚糖智能水凝胶支架及其制备方法，采用单一体系的、对温度和离子强度具有高度响应性的智能水凝胶—温敏性羟丁基壳聚糖，利用其温度与离子强度致溶胶‑凝胶相变的特性，通过调控温度和3D打印参数得到成型的水凝胶支架，然后经过无机盐致相变使其均匀收缩，进一步提高了力学强度与精度。本发明克服了3D打印水凝胶普遍存在的成型性差、力学强度低、精度低等缺陷，与现有的光敏剂、复杂体系水凝胶的运用等常见方法相比，本发明无需引入任何光敏剂和交联剂，体系简单，工艺温和；制备的3D支架具有较高的力学强度和精细的内部结构，可广泛应用于软骨、皮肤、血管、神经、心肌等组织工程和组织修复中。

Description

基于3D打印技术的羟丁基壳聚糖智能水凝胶支架及其制备 方法
技术领域
本发明涉及生物医用材料技术领域，具体涉及一种基于3D打印技术的羟丁基壳聚糖智能水凝胶支架及其制备方法，可应用于软骨、皮肤、血管、神经、心肌等组织工程和组织的修复中。
背景技术
近年来，3D打印技术在生物医药与再生医学领域的应用受到了研究者们的广泛关注。3D打印的组织工程支架在精确性、孔隙调节、内部结构和个性化等方面都具有独特的优势，在骨组织再生、药物缓释、软组织修复和概念模型等领域发展迅速。目前常用于3D打印的材料主要包括金属材料、生物陶瓷、人工合成高分子和天然可降解高分子水凝胶。其中，天然可降解高分子水凝胶具有类细胞外基质结构和良好的生物相容性，在软组织生物构建与器官再生方面具有广阔的应用前景。但是由于水凝胶是由高分子的三维网络与水组成的多元体系，其内部包含的大量的自由水和结合水使得3D打印水凝胶支架存在着一些局限，如无法快速成型、力学强度低等。为改善上述的缺陷，常见的做法是引入光引发剂/光敏剂，赋予高分子以光固化的特性，或采用一些多元体系的复合水凝胶。Roy等(Biomaterials2011,32,6946-6952)采用了紫外光引发聚合交联的方法，得到了三层的聚乙二醇-透明质酸-多肽-硫酸软骨素复合水凝胶支架，模拟了软骨组织的多层结构。Johnson等(Adv.Funct.Mater.2015,25,6205-6217)采用海藻酸钠、氯化钙、硅酮、明胶-丙烯酸酯等材料，3D打印出包含感觉神经与运动神经双通道的神经导管，用于大鼠的10mm双叉坐骨神经缺损的修复中，取得了良好的修复效果。Tina Vermonden团队采用聚乙二醇、N-羟基琥珀酰亚胺、透明质酸的复合体系，并通过化学交联制备得到可打印的水凝胶材料，该水凝胶具有热塑性，在低浓度下仍可保持支架的规整度(J.Mater.Chem.B 2015,3,9067-9078)。然而，上述方法往往成型体系复杂，步骤繁琐，条件苛刻，光敏剂、交联剂等添加物的生物相容性仍有待验证，极大地制约了产业转化。而且，目前为止3D打印水凝胶普遍存在着内部结构不精细的缺陷，使得3D打印技术的精确性的优点大大削 弱(Biomaterials 2010,31,6173–6181)。因此，如何将3D打印技术与合适的水凝胶材料相结合，并通过怎样的简便方式提高精度，是一项亟待解决的难题。
智能水凝胶是一类对温度、盐浓度、pH、光等外部刺激具有高度响应性的材料，通过改变外部环境，可以实现水凝胶多种性能的变化，使之力学强度、空间结构和精度等达到预期要求。中国专利公开号CN101284884A公开了一种温敏性壳聚糖衍生物的制备方法，得到的羟丁基壳聚糖在生理温度下即具有良好的温敏性，且对温度具有较快的响应速度。中国专利公开号CN103172762A公开了一种预防脑脊液漏的医用级温敏性壳聚糖封闭剂的制备方法，通过独特的盐析法和相转变法，得到了具有良好的生物力学性能与生物相容性的温敏性壳聚糖制剂。因此，上述的羟丁基壳聚糖是一种对温度和离子强度具有高度响应性的智能水凝胶，其快速成型性、良好的力学性能和生物相容性，以及温和的外界刺激条件，都说明了它可以作为一种适用于3D打印的水凝胶材料。同时，利用其温度与无机盐致水凝胶网络均匀收缩的特性，可使初步成型的3D水凝胶支架的精度得到进一步提高，有利于在较为宏观的尺度下构建精细的内部结构。然而目前仍然没有将羟丁基壳聚糖智能水凝胶与3D打印技术相结合的相关报道。
综上，将3D打印技术与具有温度、离子强度高度响应性的羟丁基壳聚糖智能水凝胶相结合，可以弥补其他方法制备的3D打印水凝胶支架的不足，具有非常重要的理论与实际意义和较强的可行性。制备得到的水凝胶支架可广泛应用于组织工程和软组织的修复中。
创新点
本发明巧妙地将羟丁基壳聚糖智能水凝胶与3D打印技术相结合，利用羟丁基壳聚糖水凝胶对温度、离子强度的高度响应性，仅需调控温和的外部条件，即可非常方便地得到快速成型的、力学强度高、具有精细结构的3D打印水凝胶支架。本发明弥补了其他3D打印水凝胶制备方法的不足，可在较为宏观的尺度下构建精细的内部结构，同时制备过程中无需引入任何光敏剂和交联剂，体系简单，工艺温和，技术路线环保，成本低廉，利于产业化。制备得到的3D打印羟丁基壳聚糖智能水凝胶支架，其孔隙率、内部结构等具有较宽的可控范围，精度高，力学性能与生物相容性良好，可广泛应用于软骨、皮肤、血管、神经、心肌等组织工程和组织的修复中。
附图说明
图1为本发明实施例(1)中利用3D打印机制备的不同孔隙率的羟丁基壳聚糖智能水凝胶支架。其中，A、B、C的线条间距分别为2、3、4mm。标尺为10mm。
图2为本发明实施例(1)中3D打印的羟丁基壳聚糖水凝胶支架相变前后的宏观形貌与显微俯视光镜图。
图3为本发明实施例(1)中3D打印的羟丁基壳聚糖水凝胶支架的扫描电镜(SEM)图。
图4为本发明实施例(1)中RSC96大鼠雪旺细胞在3D打印的羟丁基壳聚糖水凝胶支架中培养3天后的SEM图。
图5为本发明实施例(1)中RSC96大鼠雪旺细胞在3D打印的羟丁基壳聚糖水凝胶支架中培养7天后的Live/Dead染色图。
图6为本发明实施例(2)中3D打印的羟丁基壳聚糖水凝胶支架的宏观形貌(A)与显微俯视光镜图(B)。A中标尺为10mm，B中标尺为1mm。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于3D打印技术的羟丁基壳聚糖智能水凝胶支架及其制备方法。本发明所述支架采用单一体系的、对温度和离子强度具有高度响应性的智能水凝胶—羟丁基壳聚糖，利用其温度与离子强度致溶胶-凝胶相变的特性，首先通过调控水凝胶打印温度、3D打印参数和成型温度得到成型性好的水凝胶支架，然后经过温度与无机盐致相变使水凝胶网络均匀收缩，进一步提高3D支架的力学强度与精度。制备出的3D水凝胶支架能快速成型，具有较高的力学强度、精细的内部结构、较宽的可控范围以及良好的生物相容性，可广泛应用于软骨、皮肤、血管、神经、心肌等组织工程和组织的修复中。
本发明的具体技术方案如下：
一种基于3D打印技术的羟丁基壳聚糖智能水凝胶支架的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)可用于3D打印的水凝胶的制备：取羟丁基取代度为1.0～3.0的羟丁基壳聚糖，溶于纯水中配置成6.0～10.0mg/mL的溶胶，装载于3D打印料筒中，在0～5℃下静置除泡，而后置于25～37℃的水浴中升温10～20min，使之发 生凝胶化转变，得到可用于3D打印的水凝胶。
(2)3D打印羟丁基壳聚糖水凝胶支架：利用3D生物打印机，调节3D打印参数，分别为：料筒温度为25～37℃，针头内径为0.18～0.60mm，打印速度为3～8mm/s，XY轴线间距为0.5～5.0mm，Z轴步进高度为0.2～0.6mm，挤出气压为1.4～3.5Bar，打印平台温度为30～45℃。最后得到初步成型的3D打印羟丁基壳聚糖水凝胶支架。
(3)羟丁基壳聚糖水凝胶3D支架的相转变固化：将初步成型的水凝胶3D支架浸泡于10～40mM的PBS或NaCl水溶液中，置于30～45℃的水浴中发生相转变固化，水凝胶3D支架强度提高，尺寸均匀收缩。12～72h后，将3D支架浸泡于纯水中漂洗以去除灰分，最后经冷冻干燥成型。
本发明通过调控温度与离子强度，在温和的外界条件下，使羟丁基壳聚糖水凝胶3D支架的线条直径、孔径与支架高度均匀收缩至相变前的1/5～4/5，冷冻干燥后得到的3D打印羟丁基壳聚糖水凝胶支架的线条直径为0.1～1.5mm，孔径为0.1～2.8mm，支架高度为0.1～10.0mm。
具体实施方式
以下通过介绍本发明的实施例，以进一步阐明本发明实质性特点和显著的进步，但本发明决非限于实施例。
实施例一
(1)取羟丁基取代度为1.8的羟丁基壳聚糖，溶于纯水中配置成8.0mg/mL的溶胶，装载于3D打印料筒中，在4℃下静置除泡，而后置于30℃的水浴中升温15min，使之发生凝胶化转变，得到可用于3D打印的水凝胶。
(2)利用3D生物打印机，调节3D打印参数，分别为：料筒温度为30℃，针头内径为0.20mm，打印速度为5mm/s，XY轴线间距分别为2、3、4mm，层间线条旋转角度为90°，Z轴步进高度为0.2mm，Z轴层高为25层，挤出气压为2.5Bar，打印平台温度为35℃。最后得到初步成型的网格状的3D打印羟丁基壳聚糖水凝胶支架。
(3)将初步成型的水凝胶3D支架浸泡于10mM的PBS中，置于37℃的水浴中发生相转变固化。24h后，将3D支架浸泡于纯水中漂洗以去除灰分，最后经冷冻干燥成型。
利用3D打印机可制备出不同孔隙率的网格状羟丁基壳聚糖水凝胶支架，初步成型的3D支架如图1所示，可见三种支架均可稳定成型，未发生坍塌，线条直径为1mm，孔径分别为1、2、3mm。图2显示，经过温度与无机盐致相变后，3D水凝胶支架的线条直径、孔隙率和高度均匀收缩至相变前的1/2。图3中相变后的3D打印羟丁基壳聚糖水凝胶支架的SEM图显示，初步成型时，线条直径为1mm、孔径为1mm的支架，相变后线条直径收缩至0.5mm，孔径约为0.5mm。支架具有微米级的贯通孔结构，内部为几十微米的多孔结构，尺度有利于细胞的粘附。将Co60灭菌后的3D打印羟丁基壳聚糖水凝胶支架置于24孔板中，RSC96大鼠雪旺细胞以3万/孔的密度种植于支架上。图4显示，培养3天后的雪旺细胞粘附形态良好，有伪足伸出，细胞间相互连接、融合。培养7天后，Live/Dead染色结果(图5)显示，雪旺细胞在3D支架的孔内壁和线条上均可以正常地粘附、增殖，证明了支架良好的细胞相容性。综上，3D打印的羟丁基壳聚糖智能水凝胶支架具有良好的成型性、稳定性和细胞相容性，在组织工程与组织修复中具有潜在的应用。
实施例二
(1)取羟丁基取代度为1.1的羟丁基壳聚糖，溶于纯水中配置成10.0mg/mL的溶胶，装载于3D打印料筒中，在4℃下静置除泡，而后置于28℃的水浴中升温20min，使之发生凝胶化转变，得到可用于3D打印的水凝胶。
(2)利用3D生物打印机，调节3D打印参数，分别为：料筒温度为28℃，针头内径为0.20mm，打印速度为8mm/s，XY轴线间距为1.0mm，Z轴步进高度为0.3mm，挤出气压为2.1Bar，打印平台温度为35℃。第一层至第三层的线条层间角度为90°，第三层至第五层的线条层间角度为0°。最后得到初步成型的具有表面取向结构的3D打印羟丁基壳聚糖水凝胶支架。
(3)将初步成型的水凝胶3D支架浸泡于10mM的PBS中，置于37.5℃的水浴中发生相转变固化。36h后，将3D支架浸泡于纯水中漂洗以去除灰分，最后经冷冻干燥成型。
利用3D打印机可制备出具有表面取向结构的羟丁基壳聚糖水凝胶支架。如图6所示，初步成型的3D支架具有稳定的成型性，表面为取向的沟槽结构，线条宽度约为0.6mm，深度约为0.5mm。经温度与无机盐致相变后，支架各维度尺寸均匀收缩，线条宽度收缩至0.4mm，深度约为0.1mm。以上结果表明，通过3D打印可制备出具有表面取向结构的羟丁基壳聚糖水凝胶支架，该结构可利于极性细胞的定向排列与信号传递，在皮肤、神经、血管、心肌等组织工程领域具有潜在的应用价值。
实施例三
(1)取羟丁基取代度为2.8的羟丁基壳聚糖，溶于纯水中配置成9.0mg/mL的溶胶，装载于3D打印料筒中，在3℃下静置除泡，而后置于25℃的水浴中升温20min，使之发生凝胶化转变，得到可用于3D打印的水凝胶。
(2)利用3D生物打印机，调节3D打印参数，分别为：料筒温度为25℃，针头内径为0.13mm，打印速度为3mm/s，XY轴线间距为1.0mm，Z轴步进高度为0.2mm，挤出气压为3.1Bar，打印平台温度为30℃。第一层至第三层的线条层间角度为90°，第三层至第五层的线条层间角度为0°。最后得到初步成型的具有表面取向结构的3D打印羟丁基壳聚糖水凝胶支架。
(3)将初步成型的水凝胶3D支架浸泡于20mM的NaCl水溶液中，置于 36℃的水浴中发生相转变固化。12h后，将3D支架浸泡于纯水中漂洗以去除灰分，最后经冷冻干燥成型。
本实例中得到的初步成型的水凝胶3D支架具有取向的表面结构，沟槽宽度为0.4mm，沟槽高度为0.6mm。相变后的支架沟槽宽度收缩至0.2mm，沟槽高度约为0.2mm。
实施例四
(1)取羟丁基取代度为2.0的羟丁基壳聚糖，溶于纯水中配置成6.4mg/mL的溶胶，装载于3D打印料筒中，在4℃下静置除泡，而后置于25℃的水浴中升温20min，使之发生凝胶化转变，得到可用于3D打印的水凝胶。
(2)利用3D生物打印机，调节3D打印参数，分别为：料筒温度为25℃，针头内径为0.60mm，打印速度为8mm/s，XY轴线间距为5.0mm，层间线条旋转角度为45°，Z轴步进高度为0.6mm，挤出气压为1.8Bar，打印平台温度为28℃。最后得到初步成型的网格状3D打印羟丁基壳聚糖水凝胶支架。
(3)将初步成型的水凝胶3D支架浸泡于10mM的PBS中，置于35℃的水浴中发生相转变固化。36h后，将3D支架浸泡于纯水中漂洗以去除灰分，最后经冷冻干燥成型。
本实例中得到的初步成型的网格状水凝胶3D支架，线条直径为0.9mm，整体高度为4.5mm。相变后的支架线条直径收缩至0.5mm，整体高度约为2.4mm。

Claims (8)

1.一种基于3D打印技术的羟丁基壳聚糖智能水凝胶支架的制备方法，其特征在于包括以下制备步骤：
（1）可用于3D打印的水凝胶的制备：将一定浓度的羟丁基壳聚糖装载于3D打印料筒中，在低温下静置除泡，而后置于水浴中升温使之发生凝胶化转变，得到可用于3D打印的水凝胶;
（2）3D打印羟丁基壳聚糖水凝胶支架：利用3D生物打印机，通过调节料筒温度、针头直径、打印速度、XY轴线间距、Z轴步进高度、挤出气压、打印平台温度等打印参数，将步骤（1）中所述的水凝胶3D打印出具有精细结构的支架;
（3）羟丁基壳聚糖水凝胶3D支架的相转变固化：将步骤（2）中所述的水凝胶3D支架浸泡于一定浓度的盐溶液中，在一定温度下发生相转变固化，水凝胶3D支架强度提高，尺寸均匀收缩，固化后的3D支架浸泡于纯水中漂洗以去除灰分，最后经冷冻干燥成型。
2. 根据权利要求1所述的一种基于3D打印技术的羟丁基壳聚糖智能水凝胶支架的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述的羟丁基壳聚糖，浓度为6.0 ~ 10.0 mg/mL，羟丁基取代度为1.0 ~3.0，在0 ~ 5 ℃下静置除泡，而后置于25 ~ 37 ℃的水浴中升温10 ~ 20min，得到可用于3D打印的水凝胶，其储能模量为260 ~ 1000 Pa，损耗模量为150 ~ 240Pa。
3. 根据权利要求1所述的一种基于3D打印技术的羟丁基壳聚糖智能水凝胶支架的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述的3D打印参数包括，料筒温度为25 ~ 37 ℃，针头内径为0.13 ~ 0.60 mm，打印速度为3 ~ 8 mm/s，XY轴线间距为0.5 ~ 5.0 mm，Z轴步进高度为0.2 ~ 0.6 mm，挤出气压为1.4 ~ 3.5 Bar，打印平台温度为30 ~ 45 ℃。
4. 根据权利要求1所述的一种基于3D打印技术的羟丁基壳聚糖智能水凝胶支架的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述的盐溶液为10 ~ 40 mM的PBS或NaCl水溶液，浸泡温度为30 ~ 45 ℃，时间为12 ~ 72 h。
5.一种基于3D打印技术的羟丁基壳聚糖智能水凝胶支架，其特征在于：通过权利要求1~4任一项所述的方法制备得到。
6.根据权利要求5所述的一种基于3D打印技术的羟丁基壳聚糖智能水凝胶支架，其特征在于：采用单一体系的智能水凝胶—羟丁基壳聚糖，利用其温度与离子强度致溶胶-凝胶相变的特性，得到快速成型的、力学强度高、具有精细结构的3D打印水凝胶支架。
7. 根据权利要求5或6所述的一种基于3D打印技术的羟丁基壳聚糖智能水凝胶支架，其特征在于：初步成型的3D打印羟丁基壳聚糖水凝胶支架经温度与离子强度致相变后，线条直径、孔径与支架高度均匀收缩至相变前的1/5 ~ 4/5,冷冻干燥后得到的3D打印羟丁基壳聚糖智能水凝胶支架的线条直径为0.1 ~ 1.5 mm，孔径为0.1 ~ 2.8 mm，支架高度为0.1~ 10.0 mm。
8.根据权利要求5~7所述的基于3D打印技术的羟丁基壳聚糖智能水凝胶支架在软骨、皮肤、血管、神经、心肌等组织工程和组织修复中的应用。
CN201611094052.5A 2016-12-02 2016-12-02 基于3d打印技术的羟丁基壳聚糖智能水凝胶支架及其制备方法 Pending CN106552287A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611094052.5A CN106552287A (zh) 2016-12-02 2016-12-02 基于3d打印技术的羟丁基壳聚糖智能水凝胶支架及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611094052.5A CN106552287A (zh) 2016-12-02 2016-12-02 基于3d打印技术的羟丁基壳聚糖智能水凝胶支架及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN106552287A true CN106552287A (zh) 2017-04-05

Family

ID=58446004

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611094052.5A Pending CN106552287A (zh) 2016-12-02 2016-12-02 基于3d打印技术的羟丁基壳聚糖智能水凝胶支架及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106552287A (zh)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107320155A (zh) * 2017-06-30 2017-11-07 深圳市倍康美医疗电子商务有限公司 一种口内肿瘤切除及修补用辅助部件的数字化成型方法
CN107952961A (zh) * 2017-10-23 2018-04-24 南京航空航天大学 一种基于相变尺寸效应自动调控激光加工成形精度的方法
CN108409989A (zh) * 2018-03-14 2018-08-17 浙江大学 一种可编程变形的强韧水凝胶的4d打印方法
CN109224133A (zh) * 2018-09-21 2019-01-18 浙江大学 一种含有间充质干细胞的生物型多层神经导管制备方法
CN110302436A (zh) * 2019-07-29 2019-10-08 上海交通大学医学院附属第九人民医院 一种水凝胶血管微支架及其制备方法
CN110421835A (zh) * 2019-07-31 2019-11-08 华南理工大学 一种3d打印全贯通管状水凝胶支架及其制备方法
WO2019232736A1 (zh) * 2018-06-07 2019-12-12 上海其胜生物制剂有限公司 一种水凝胶体系及其制备方法和用途
CN110962340A (zh) * 2019-12-18 2020-04-07 北京工业大学 一种光固化3d打印编织网状海藻酸钠水凝胶血管支架的制备方法
CN114457001A (zh) * 2021-12-30 2022-05-10 广东粤港澳大湾区国家纳米科技创新研究院 一种支架材料及其制备方法和应用

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102600512A (zh) * 2012-02-22 2012-07-25 北京航空航天大学 一种基于分步凝胶化原理的三维细胞组装方法
CN103172762A (zh) * 2011-12-20 2013-06-26 上海其胜生物制剂有限公司 一种预防脑脊液漏的医用级温敏性壳聚糖封闭剂的制备方法
CN104761657A (zh) * 2014-01-08 2015-07-08 上海其胜生物制剂有限公司 相转变分离纯化温敏性羟丁基壳聚糖的方法
WO2015129881A1 (ja) * 2014-02-28 2015-09-03 国立大学法人大阪大学 細胞の立体構造体の製造方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103172762A (zh) * 2011-12-20 2013-06-26 上海其胜生物制剂有限公司 一种预防脑脊液漏的医用级温敏性壳聚糖封闭剂的制备方法
CN102600512A (zh) * 2012-02-22 2012-07-25 北京航空航天大学 一种基于分步凝胶化原理的三维细胞组装方法
CN104761657A (zh) * 2014-01-08 2015-07-08 上海其胜生物制剂有限公司 相转变分离纯化温敏性羟丁基壳聚糖的方法
WO2015129881A1 (ja) * 2014-02-28 2015-09-03 国立大学法人大阪大学 細胞の立体構造体の製造方法

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107320155A (zh) * 2017-06-30 2017-11-07 深圳市倍康美医疗电子商务有限公司 一种口内肿瘤切除及修补用辅助部件的数字化成型方法
CN107952961A (zh) * 2017-10-23 2018-04-24 南京航空航天大学 一种基于相变尺寸效应自动调控激光加工成形精度的方法
CN107952961B (zh) * 2017-10-23 2019-09-20 南京航空航天大学 一种基于相变尺寸效应自动调控激光加工成形精度的方法
CN108409989A (zh) * 2018-03-14 2018-08-17 浙江大学 一种可编程变形的强韧水凝胶的4d打印方法
WO2019232736A1 (zh) * 2018-06-07 2019-12-12 上海其胜生物制剂有限公司 一种水凝胶体系及其制备方法和用途
CN109224133A (zh) * 2018-09-21 2019-01-18 浙江大学 一种含有间充质干细胞的生物型多层神经导管制备方法
CN110302436A (zh) * 2019-07-29 2019-10-08 上海交通大学医学院附属第九人民医院 一种水凝胶血管微支架及其制备方法
CN110421835A (zh) * 2019-07-31 2019-11-08 华南理工大学 一种3d打印全贯通管状水凝胶支架及其制备方法
CN110962340A (zh) * 2019-12-18 2020-04-07 北京工业大学 一种光固化3d打印编织网状海藻酸钠水凝胶血管支架的制备方法
CN114457001A (zh) * 2021-12-30 2022-05-10 广东粤港澳大湾区国家纳米科技创新研究院 一种支架材料及其制备方法和应用
CN114457001B (zh) * 2021-12-30 2024-05-03 广东粤港澳大湾区国家纳米科技创新研究院 一种支架材料及其制备方法和应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106552287A (zh) 基于3d打印技术的羟丁基壳聚糖智能水凝胶支架及其制备方法
CN103057123B (zh) 一种三维生物打印系统及基于三维生物打印系统制备神经再生植入体的方法
CN107663377B (zh) 一种具有温敏和光敏特性的混合水凝胶及其3d打印方法
CN105311683B (zh) 一种含内通道网络和定向孔隙结构的仿生组织工程支架及其制备方法与应用
CN104958783B (zh) 一种天然多糖基水凝胶及制备和在眼结膜修复中的应用
ES2373124T3 (es) Estructuras corneales multicapa sintéticas que comprenden fibras de colágeno.
CN106178124B (zh) 一种可降解高分子网络/磷酸钙骨水泥复合骨修复材料及其制备方法与应用
CN106693050B (zh) 一种基于胶原及胶原纤维的复合支架材料的制备方法
Chakraborty et al. Recent advances in bioprinting using silk protein-based bioinks
CN106310380A (zh) 一种纳米纤维化丝素蛋白凝胶及其制备方法
Jiang et al. Preparation of cellulose nanofiber-reinforced gelatin hydrogel and optimization for 3D printing applications
CN104287875A (zh) 一种多功能生物打印系统及基于生物打印系统制备组织工程器官的方法
Li et al. Porcine skeletal muscle tissue fabrication for cultured meat production using three-dimensional bioprinting technology
Zhang et al. 3D printed double-network alginate hydrogels containing polyphosphate for bioenergetics and bone regeneration
CN108939164A (zh) 3D打印PCL-Mg骨组织工程支架及其制备方法
CN110064074A (zh) 一种复合支架材料及其制备方法和用途
Taneja et al. Hydrogel based 3D printing: Bio ink for tissue engineering
CN105148324A (zh) 一种由矿化的纳米纤维素晶须构建的骨仿生材料及其制备方法
Gupta et al. 3D bioprinting: Printing the future and recent advances
CN107158476A (zh) 一种贯通孔双网络聚合物水凝胶支架的制备方法
CN108187148A (zh) 一种能提高轴突再生有序性的神经导管及其制备方法
CN106039400A (zh) 冰晶模板法制备规则片层结构三维生物支架的方法和应用
CN105688279B (zh) 一种肺替代物及其三维打印与注射成形制造方法
CN103948963A (zh) 一种适用于人体脏器构建用的组织工程支架及其制备方法
CN110201236A (zh) 一种新型人工血管

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20170405

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication