CN107200854A - 一种紫外光3d打印用透明质酸水凝胶基质的制备方法 - Google Patents

一种紫外光3d打印用透明质酸水凝胶基质的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种水凝胶基质的制备方法,特别是一种紫外光3D打印用透明质酸水凝胶基质的制备方法,属于生物材料的制备技术领域。本发明的制备方法通过合成接枝烯基的甲基丙烯酰化透明质酸钠、羊毛多肽纳米球,复合形成紫外光3D打印用透明质酸水凝胶基质。该制备方法制得的水凝胶基质,充分利用巯基‑烯“点击”反应特点,在紫外光照射下迅速凝胶成型,完全克服空气中或体系中氧气的阻聚作用,大大提高3D打印效率,同时,羊毛多肽纳米球作为水凝胶的主交联点,显著增强水凝胶的强度,克服了天然高分子形成的水凝胶强度低的普遍缺陷。此外,该水凝胶基质在生理环境下,可完全降解、吸收,无需二次手术取出,大大减轻病患痛苦。

Description

一种紫外光3D打印用透明质酸水凝胶基质的制备方法
技术领域
本发明涉及一种水凝胶基质的制备方法,特别是一种紫外光3D打印用透明质酸水凝胶基质制备方法,属于生物材料的制备技术领域。
背景技术
每年都会有大量的病患因为各种原因需要进行组织或器官移植手术,但是供体却严重不足。为了解决这个问题,研究者们采用组织工程技术,提取组织细胞,在体外与生物支架材料构成三维空间复合体,通过培养扩增后,形成具有生命力的活体组织,移植到体内,对病损组织进行形态、结构和功能的重建,以达到永久性替代的目的。对于生物工程支架,一般需要满足以下要求:生物相容性好;可降解、可吸收;有可塑性,可塑为任意的三维结构,植入后在体内仍可保持特定形状;足够的力学强度。
选择生物相容性好的高分子水凝胶基质,利用3D打印的技术,就可以构建出符合要求的生物支架。中国专利公开号为CN104861216A,公开日为2015年 8月26日,发明名称为“一种紫外光3D打印用水凝胶基质的制备方法”公开了水凝胶基质的制备方法。然而,这种方法采用的是接枝烯基基团的壳聚糖与巯基聚乙烯醇混合体系,由于不能完全降解,不能被人体组织吸收,当其移植到体内实现部分结构与功能替代后,还需要进行手术取出,对病患造成严重的二次损伤。中国专利公开号为CN102836465A,公开日为2012年12月26日,发明名称为“一种注射用丝素蛋白透明质酸复合凝胶及其制备与应用”公开了可注射透明质酸复合凝胶支架的制备方法。这种方法采用在透明质酸和交联剂的体系中加入丝素蛋白微球,以达到降低水凝胶的降解速度的目的。然而,该凝胶支架中丝素蛋白颗粒与透明质酸水凝胶之间仅依靠物理作用交联,没有化学作用交联,其水凝胶支架仍然存在力学强度差的缺陷。
发明内容
针对上述问题,本发明的目的在于提供一种生物相容性好、可完全降解吸收、力学强度高的3D打印用透明质酸水凝胶基质的制备方法。
为了实现上述目的,其技术方案如下,一种紫外光3D打印用透明质酸水凝胶基质的制备方法,所述制备方法按以下步骤进行:
a.甲基丙烯酰化透明质酸钠的制备
将透明质酸钠和甲基丙烯酸异氰基乙酯置于非质子溶剂中,透明质酸钠与非质子溶剂的质量体积比为1:10~200,透明质酸钠分子链上羟基与甲基丙烯酸异氰基乙酯的异氰基摩尔比为1:0.1~20,室温下搅拌均匀,形成混合溶液,混合溶液在25~80℃条件下反应,反应时间为12~48小时,在反应后的混合溶液中加入无水丙酮至混合溶液无沉淀析出为止,收集沉淀物,沉淀物在室温下真空干燥2天,得到摩尔取代度为0.04~0.6的甲基丙烯酰化透明质酸钠。
b.羊毛多肽纳米球的制备
将羊毛纤维置于丙酮中,羊毛纤维与丙酮的质量体积比为1:50,室温下振荡30分钟,将羊毛纤维从丙酮中分离出来,室温下真空干燥2天,得到脱脂羊毛纤维,将脱脂羊毛纤维和无机碱置于去离子水中,脱脂羊毛纤维与去离子水的质量体积比为1:100,无机碱与去离子水的质量体积比为1:10~100,室温下搅拌均匀,得到脱脂羊毛纤维无机碱溶液,在脱脂羊毛纤维无机碱溶液中滴加浓硫酸,直至脱脂羊毛纤维无机碱溶液的pH值在6.9~7.1为止,得到羊毛多肽纳米球中性分散液,将羊毛多肽纳米球中性分散液装入截取分子量在8000-14000Da的透析袋中,在去离子水中透析3天,冻干,得到粒径分布在 20~200nm的羊毛多肽纳米球。
c.紫外光3D打印用透明质酸水凝胶基质的制备
将步骤a得到的甲基丙烯酰化透明质酸钠、经步骤b得到的羊毛多肽纳米球与紫外光引发剂、磷酸盐缓冲溶液按照质量百分比分别为:
的比例,室温下混合均匀,得到粘度为5000~200000cps的紫外光3D打印用透明质酸水凝胶基质。
所述非质子溶剂为二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺或二甲基亚砜中的一种。
所述无机碱为氢氧化钠或氢氧化钾中的一种。
所述光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-对羟乙基醚基苯基丙酮或1-羟基环己基苯基甲酮或2,2-二甲氧基-苯基苯乙酮中的一种。
所述磷酸盐缓冲溶液为pH为7.0~7.4的Na2HPO4-NaH2PO4缓冲溶液或K2HPO4-KH2PO4缓冲溶液中的一种。
由于采用以上技术方案,本发明的紫外光3D打印用透明质酸水凝胶基质的制备方法其有益技术效果是:
(1)本发明的制备方法通过在透明质酸分子链上引入烯基,复合羊毛多肽纳米球形成凝胶的工艺,使得制备而成的水凝胶基质在紫外光照射下,透明质酸分子链上的烯基,与羊毛多肽纳米球表面巯基发生巯基-烯“点击”反应,将羊毛多肽纳米球作为主交联点嵌入到透明质酸凝胶中,形成纳米粒子共价交联透明质酸分子链的纳米增强型水凝胶结构,赋予水凝胶高的力学强度,完全克服天然高分子形成的水凝胶强度低的普遍缺陷。
(2)本发明的制备方法制备而成的水凝胶基质,在紫外光照射下,可充分利用巯基-烯“点击”反应,将紫外光自由基聚合技术和巯基-烯逐步聚合技术相结合,在紫外光照射初期迅速发生交联反应,在十几秒甚至几秒内快速凝胶成型,完全克服空气中或体系中氧气的阻聚作用,大大提高3D打印效率。
(3)本发明的制备方法中采用的是生物相容性好的完全可降解、可吸收的高分子,改变现有的紫外光3D打印用非降解吸收高分子体系,使得本水凝胶基质利用紫外光3D打印方法构建的水凝胶支架,在生理环境下,可完全降解、吸收,无需二次手术取出,大大减轻病患痛苦。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步详细描述。
一种紫外光3D打印用透明质酸水凝胶基质的制备方法,所述制备方法按以下步骤进行:
a.甲基丙烯酰化透明质酸钠的制备
将透明质酸钠和甲基丙烯酸异氰基乙酯置于非质子溶剂中,透明质酸钠与非质子溶剂的质量体积比为1:10~200,透明质酸钠分子链上羟基与甲基丙烯酸异氰基乙酯的异氰基摩尔比为1:0.1~20,室温下搅拌均匀,形成混合溶液,混合溶液在25~80℃条件下反应,反应时间为12~48小时,在反应后的混合溶液中加入无水丙酮至混合溶液无沉淀析出为止,收集沉淀物,沉淀物在室温下真空干燥2天,得到摩尔取代度为0.04~0.6的甲基丙烯酰化透明质酸钠。所述非质子溶剂为二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺或二甲基亚砜中的一种。
透明质酸是一种由D-葡糖醛酸和N-乙酰-D-氨基葡糖为双糖单元组成的直链型高分子多糖,具有良好的生物相容性与生物可降解性。作为人体组织细胞外基质的主要成分之一,透明质酸能与多种细胞受体相互作用,以此促进细胞的黏附、迁移与生长,且在体内可被透明质酸酶降解为氨基葡萄糖被人体吸收,从而使得透明质酸在皮肤、软骨、神经等组织工程支架领域具有广泛的应用前景。
透明质酸分子链上具有自由羟基,可以按照分子设计用途进行各种接枝反应。甲基丙烯酰化透明质酸钠主要是通过透明质酸钠分子链上羟基和甲基丙烯酸异氰基乙酯的异氰基之间的加成反应,将光活性基团甲基丙烯酰基接枝到透明质酸钠分子链上,得到的具有氨基甲酸酯基结构的高分子。对于异氰酸酯与羟基的加成反应,一般都会加入有机锡类物质作为催化剂,用来催化羟基与异氰基的反应。市面上常用到的有机锡类催化剂为二月桂酸二丁基锡和辛酸亚锡。这类有机锡类催化剂具有强烈的毒性,在反应完成后,也很难去除干净,当其产品用于人体组织时,其痕量的残留仍然会对人体组织会造成严重的损伤。本发明中,采用N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)等高沸点有机溶剂作为反应介质,能促进反应的进行和产物的溶解,无需加入任何有机锡类催化剂,就能将甲基丙烯酸异氰基乙酯接枝到透明质酸钠分子链上,得到所需取代度的甲基丙烯酰化透明质酸钠。本反应所用反应介质体系,不仅反应体系副产物少,产品纯化简单方便,而且反应时间短,节约时间、节约能耗。
步骤a中,通过控制透明质酸钠中羟基与甲基丙烯酸异氰基乙酯中异氰基摩尔比以及反应条件,来满足得到的甲基丙烯酰化透明质酸钠的取代度在 0.04~0.6。因此选择合适的摩尔比为1:0.1~20;反应温度为25~80℃;反应时间为12~48小时。
b.羊毛多肽纳米球的制备
将羊毛纤维置于丙酮中,羊毛纤维与丙酮的质量体积比为1:50,室温下振荡30分钟,将羊毛纤维从丙酮中分离出来,室温下真空干燥2天,得到脱脂羊毛纤维,将脱脂羊毛纤维和无机碱置于去离子水中,脱脂羊毛纤维与去离子水的质量体积比为1:100,无机碱与去离子水的质量体积比为1:10~100,室温下搅拌均匀,得到脱脂羊毛纤维无机碱溶液,在脱脂羊毛纤维无机碱溶液中滴加浓硫酸,直至脱脂羊毛纤维无机碱溶液的pH值在6.9~7.1为止,得到羊毛多肽纳米球中性分散液,将羊毛多肽纳米球中性分散液装入截取分子量在8000-14000Da的透析袋中,在去离子水中透析3天,冻干,得到粒径分布在 20~200nm的羊毛多肽纳米球。所述无机碱为氢氧化钠或氢氧化钾中的一种。
羊毛是一种天然的动物蛋白纤维,其主要成分为角蛋白,含有大量的硫元素。角蛋白大分子中的硫元素,主要以二硫键的形式存在于大分子之间或内部。这些二硫键共同构成蛋白质分子间相对稳定的交联网络结构,赋予了羊毛相对稳定的化学性质,例如缩绒性、可塑性、弹性等。在强碱溶液中,羊毛纤维角蛋白结构中的二硫键断开,大分子内的肽键也发生水解,得到多肽分子溶液。此时,多肽分子带负电荷,由于同种电荷排斥的作用,导致在溶液中多肽分子更易呈现伸长的分子构象。当加入酸后,随着pH值的降低,多肽分子上排斥作用力减弱,分子伸展性降低,整个分子呈现卷曲状的构象。当达到中性条件时,多肽分子的电荷被完全消除,邻近的分子相互靠近,逐渐发生相互作用力如氢键作用力,形成疏水区域,多肽分子重构形成胶束状结构的蛋白质大分子。随着疏水作用力的增强,以及表面张力的作用,胶束结构逐渐转变成规则的圆球状。羊毛多肽纳米球得以构建。此时,获得的羊毛多肽纳米球表面含有大量的巯基。这里,通过控制无机碱的浓度以及整个溶液的pH值,可以得到粒径分布在20~200nm的羊毛多肽纳米球。因此,选择合适的无机碱浓度为:无机碱与去离子水的质量体积比为1:10~100;pH值为6.9~7.1。
c.紫外光3D打印用透明质酸水凝胶基质的制备
将步骤a得到的甲基丙烯酰化透明质酸钠、经步骤b得到的羊毛多肽纳米球与紫外光引发剂、磷酸盐缓冲溶液按照质量百分比分别为:
的比例,室温下混合均匀,得到粘度为5000~200000cps的紫外光3D打印用透明质酸水凝胶基质。所述光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-对羟乙基醚基苯基丙酮或1-羟基环己基苯基甲酮或2,2-二甲氧基-苯基苯乙酮中的一种。所述磷酸盐缓冲溶液为pH为7.0~7.4的Na2HPO4-NaH2PO4缓冲溶液或K2HPO4-KH2PO4缓冲溶液中的一种。
步骤b得到的羊毛多肽纳米球表面含有大量的巯基可以与碳碳双键,在紫外光的照射下,发生自由基逐步聚合反应,快速形成凝胶。与单一紫外光自由基聚合相比,氧气阻聚作用不明显,聚合速率由此大为提高,在十几秒甚至几秒就可聚合,成型速度快;聚合过程中体积收缩率小,不塌缩。整个聚合或交联过程条件温和,几乎无热量释放,过程中采用pH=7.0~7.4缓冲溶液将体系调到生理pH值,避免了对细胞造成刺激和伤害。
该水凝胶其结构实质是由分子链接枝纳米球形成的“球-链”结构,纳米球提供主交联点,通过长链分子与纳米球表面聚合交联,形成一种球体之间通过长链分子连接的结构,显著提高水凝胶支架的机械强度。同时,甲基丙烯酰化透明质酸分子链上羟基与羊毛多肽球分子链上的酰胺基团之间可形成分子间氢键,进一步增强水凝胶基质的强度,充分发挥共价键作用与氢键作用的协同效应,保证整个水凝胶基质具有足够高的强度的同时,不塌缩也不溶胀。该结构中羊毛多肽纳米球不会发生迁移且降解速度较慢,当凝胶降解后,羊毛多肽纳米球的堆砌仍然维持细胞生长的空间,球体之间的连通孔隙便于细胞所需营养和气体的交换以及代谢产物的排出,有利于组织的修复。当植入的3D打印生物支架被逐渐降解吸收的同时,种植的细胞继续增殖,形成新的具有原来特殊功能和形态的相应组织器官,无需二次手术取出,大大减轻病患的痛苦。
本专利中制备的水凝胶基质,是粘度为5000~200000cps的溶液,溶液粘度过高,流动性较差,通过喷头打印时,溶液容易堵塞喷头,影响打印效率;溶液粘度过低,流动性非常高,打印时塑形困难。该水凝胶基质在波长为320-480 nm、光强为5~20mW/cm2紫外光下照射10~30s,可迅速由液态形成凝胶态。
具体实施例
实施例1
称取透明质酸钠5.0g、甲基丙烯酸异氰基乙酯0.82g,加入到50mL二甲基甲酰胺中,室温下搅拌均匀,在25℃条件下反应12小时,反应结束后,加入无水丙酮至混合溶液无沉淀析出为止,收集沉淀物,室温下真空干燥2天,得到摩尔取代度为0.04的甲基丙烯酰化透明质酸钠。
称取羊毛纤维50g,加入到2500mL丙酮中,室温下振荡30分钟,将羊毛纤维从丙酮中分离出来,室温下真空干燥2天,得到脱脂羊毛纤维。称取脱脂羊毛纤维40g、氢氧化钠400g,加入到4000mL去离子水中,室温下搅拌均匀,滴加浓硫酸,直至溶液的pH为6.9为止,得到羊毛多肽纳米球中性分散液。将分散液装入8000-14000Da的透析袋中,在去离子水中透析3天,冻干,得到粒径为20nm的羊毛多肽纳米球。
称取甲基丙烯酰化透明质酸钠1g、羊毛多肽纳米球0.1g、2-羟基-2-甲基-1- 对羟乙基醚基苯基丙酮0.05g,加入到98.85g pH为7.0的Na2HPO4-NaH2PO4缓冲溶液中,室温下混合均匀,得到粘度为5000cps的紫外光3D打印用透明质酸水凝胶基质。
实施例2
称取透明质酸钠5.0g、甲基丙烯酸异氰基乙酯163.7g,加入到1000mL二甲基乙酰胺中,室温下搅拌均匀,在80℃条件下反应48小时,反应结束后,加入无水丙酮至混合溶液无沉淀析出为止,收集沉淀物,室温下真空干燥2天,得到摩尔取代度为0.6的甲基丙烯酰化透明质酸钠。
称取羊毛纤维50g,加入到2500mL丙酮中,室温下振荡30分钟,将羊毛纤维从丙酮中分离出来,室温下真空干燥2天,得到脱脂羊毛纤维。称取脱脂羊毛纤维40g、氢氧化钾40g,加入到4000mL去离子水中,室温下搅拌均匀,滴加浓硫酸,直至溶液的pH为7.1为止,得到羊毛多肽纳米球中性分散液。将分散液装入8000-14000Da的透析袋中,在去离子水中透析3天,冻干,得到粒径为200nm的羊毛多肽纳米球。
称取甲基丙烯酰化透明质酸钠8g、羊毛多肽纳米球10g、1-羟基环己基苯基甲酮0.1g,加入到81.9g pH为7.4的K2HPO4-KH2PO4缓冲溶液中,室温下混合均匀,得到粘度为200000cps的紫外光3D打印用透明质酸水凝胶基质。
实施例3
称取透明质酸钠5.0g、甲基丙烯酸异氰基乙酯82g,加入到500mL二甲基亚砜中,室温下搅拌均匀,在60℃条件下反应36小时,反应结束后,加入无水丙酮至混合溶液无沉淀析出为止,收集沉淀物,室温下真空干燥2天,得到摩尔取代度为0.3的甲基丙烯酰化透明质酸钠。
称取羊毛纤维50g,加入到2500mL丙酮中,室温下振荡30分钟,将羊毛纤维从丙酮中分离出来,室温下真空干燥2天,得到脱脂羊毛纤维。称取脱脂羊毛纤维40g、氢氧化钠80g,加入到4000mL去离子水中,室温下搅拌均匀,滴加浓硫酸,直至溶液的pH为7.0为止,得到羊毛多肽纳米球中性分散液。将分散液装入8000-14000Da的透析袋中,在去离子水中透析3天,冻干,得到粒径为100nm的羊毛多肽纳米球。
称取甲基丙烯酰化透明质酸钠4g、羊毛多肽纳米球1g、2,2-二甲氧基-苯基苯乙酮0.08g,加入到94.92g pH为7.2的Na2HPO4-NaH2PO4缓冲溶液中,室温下混合均匀,得到粘度为90000cps的紫外光3D打印用透明质酸水凝胶基质。
实施例4
我们将摩尔取代度为0.3的甲基丙烯酰化透明质酸钠形成的紫外光3D打印用透明质酸水凝胶基质作为对比样。其制备方法如下:
称取透明质酸钠5.0g、甲基丙烯酸异氰基乙酯82g,加入到500mL二甲基亚砜中,室温下搅拌均匀,在60℃条件下反应36小时,反应结束后,加入无水丙酮至混合溶液无沉淀析出为止,收集沉淀物,室温下真空干燥2天,得到摩尔取代度为0.3的甲基丙烯酰化透明质酸钠。
称取甲基丙烯酰化透明质酸钠4g、2,2-二甲氧基-苯基苯乙酮0.08g,加入到95.92g pH为7.2的Na2HPO4-NaH2PO4缓冲溶液中,室温下混合均匀,得到粘度为89000cps的紫外光3D打印用透明质酸水凝胶基质。
分别测定本发明实施例制备的紫外光3D打印用透明质酸水凝胶基质性能:
(1)力学强度。取紫外光3D打印用透明质酸水凝胶基质5mL,在波长为 320-480nm、光强为5mW/cm2紫外光下照射30s,形成凝胶。用哑铃状切刀将凝胶裁成56mm×16mm×3mm、中间窄宽为5mm的样条,在Instron万能材料试验机上进行拉伸力学性能测试,拉伸速率为10mm/min。
(2)体外降解性能。取紫外光3D打印用透明质酸水凝胶基质5mL,在波长为320-480nm、光强为20mW/cm2紫外光下照射10s,形成凝胶,冻干得到干凝胶。将重量为m0的干凝胶置于100U/mL透明质酸酶溶液中,降解试验在温度为37℃,震荡速度为100rpm的气浴震荡箱中进行。每隔一段时间,取出样品,冷冻干燥后,称取重量为m1。然后更换新的降解液。至(m0-m1/m0)大于0.99,认为其完全降解。记录其完全降解时间。
(3)体外细胞毒性。取紫外光3D打印用透明质酸水凝胶基质5mL,在波长为320-480nm、光强为10mW/cm2紫外光下照射20s,形成凝胶。按照 ISO10993-5标准测试方法进行试验。
测试结果见附表。
附表
实施例 断裂强度(MPa) 降解时间(days) 细胞毒性
1 3.8±0.74 9 一级
2 30.2±0.91 43 一级
3 18.7±1.25 14 一级
4 0.1±0.02 6 一级

Claims (5)

1.一种紫外光3D打印用透明质酸水凝胶基质的制备方法,其特征在于,所述制备方法按以下步骤进行:
a.甲基丙烯酰化透明质酸钠的制备
将透明质酸钠和甲基丙烯酸异氰基乙酯置于非质子溶剂中,透明质酸钠与非质子溶剂的质量体积比为1:10~200,透明质酸钠分子链上羟基与甲基丙烯酸异氰基乙酯的异氰基摩尔比为1:0.1~20,室温下搅拌均匀,形成混合溶液,混合溶液在25~80℃条件下反应,反应时间为12~48小时,在反应后的混合溶液中加入无水丙酮至混合溶液无沉淀析出为止,收集沉淀物,沉淀物在室温下真空干燥2天,得到摩尔取代度为0.04~0.6的甲基丙烯酰化透明质酸钠;
b.羊毛多肽纳米球的制备
将羊毛纤维置于丙酮中,羊毛纤维与丙酮的质量体积比为1:50,室温下振荡30分钟,将羊毛纤维从丙酮中分离出来,室温下真空干燥2天,得到脱脂羊毛纤维,将脱脂羊毛纤维和无机碱置于去离子水中,脱脂羊毛纤维与去离子水的质量体积比为1:100,无机碱与去离子水的质量体积比为1:10~100,室温下搅拌均匀,得到脱脂羊毛纤维无机碱溶液,在脱脂羊毛纤维无机碱溶液中滴加浓硫酸,直至脱脂羊毛纤维无机碱溶液的pH值在6.9~7.1为止,得到羊毛多肽纳米球中性分散液,将羊毛多肽纳米球中性分散液装入截取分子量在8000-14000Da的透析袋中,在去离子水中透析3天,冻干,得到粒径分布在20~200nm的羊毛多肽纳米球;
c.紫外光3D打印用透明质酸水凝胶基质的制备
将步骤a得到的甲基丙烯酰化透明质酸钠、经步骤b得到的羊毛多肽纳米球与紫外光引发剂、磷酸盐缓冲溶液按照质量百分比分别为:
的比例,室温下混合均匀,得到粘度为5000~200000cps的紫外光3D打印用透明质酸水凝胶基质。
2.根据权利要求1所述的一种紫外光3D打印用透明质酸水凝胶基质的制备方法,其特征在于:所述非质子溶剂为二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺或二甲基亚砜中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种紫外光3D打印用透明质酸水凝胶基质的制备方法,其特征在于:所述无机碱为氢氧化钠或氢氧化钾中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种紫外光3D打印用透明质酸水凝胶基质的制备方法,其特征在于:所述光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-对羟乙基醚基苯基丙酮或1-羟基环己基苯基甲酮或2,2-二甲氧基-苯基苯乙酮中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种紫外光3D打印用透明质酸水凝胶基质的制备方法,其特征在于:所述磷酸盐缓冲溶液为pH为7.0~7.4的Na2HPO4-NaH2PO4缓冲溶液或K2HPO4-KH2PO4缓冲溶液中的一种。
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107998450A (zh) * 2017-12-29 2018-05-08 深圳清华大学研究院 人工皮肤及人工皮肤的制备方法和应用
CN108915209A (zh) * 2018-07-30 2018-11-30 南京嘉怡装饰设计有限公司 卫生间地面防渗漏施工工艺
CN110607076A (zh) * 2019-09-26 2019-12-24 北京大学第三医院(北京大学第三临床医学院) 一种基于丝素蛋白和透明质酸的3d打印材料制备方法
CN110790954A (zh) * 2019-11-11 2020-02-14 上海黑焰医疗科技有限公司 一种光固化生物墨水制备方法
CN111097070A (zh) * 2020-01-09 2020-05-05 上海交通大学 一种用于抑制肿瘤和促进修复的可注射生物活性水凝胶
WO2021098098A1 (zh) * 2019-11-18 2021-05-27 孛朗孚有限公司 巯基改性透明质酸及其制备方法和用途
CN113440651A (zh) * 2020-08-06 2021-09-28 华夏司印(上海)生物技术有限公司 水凝胶组合物、水凝胶、仿生软骨及其制备方法和应用
CN114848905A (zh) * 2022-04-20 2022-08-05 中山大学附属口腔医院 一种盖髓材料及其制备方法与应用

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105294955A (zh) * 2015-10-23 2016-02-03 华中科技大学 一种用于多细胞分选和干细胞选区分化的光固化水凝胶及其制备方法
CN105732989A (zh) * 2016-03-14 2016-07-06 武汉纺织大学 一种紫外光3d打印用水凝胶基质的制备方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105294955A (zh) * 2015-10-23 2016-02-03 华中科技大学 一种用于多细胞分选和干细胞选区分化的光固化水凝胶及其制备方法
CN105732989A (zh) * 2016-03-14 2016-07-06 武汉纺织大学 一种紫外光3d打印用水凝胶基质的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
郭蕾: ""尺寸可控羊毛多肽粒子的制备及结构研究"", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》 *

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107998450A (zh) * 2017-12-29 2018-05-08 深圳清华大学研究院 人工皮肤及人工皮肤的制备方法和应用
CN107998450B (zh) * 2017-12-29 2021-05-04 深圳清华大学研究院 人工皮肤及人工皮肤的制备方法和应用
CN108915209A (zh) * 2018-07-30 2018-11-30 南京嘉怡装饰设计有限公司 卫生间地面防渗漏施工工艺
CN110607076A (zh) * 2019-09-26 2019-12-24 北京大学第三医院(北京大学第三临床医学院) 一种基于丝素蛋白和透明质酸的3d打印材料制备方法
CN110790954A (zh) * 2019-11-11 2020-02-14 上海黑焰医疗科技有限公司 一种光固化生物墨水制备方法
WO2021098098A1 (zh) * 2019-11-18 2021-05-27 孛朗孚有限公司 巯基改性透明质酸及其制备方法和用途
CN111097070A (zh) * 2020-01-09 2020-05-05 上海交通大学 一种用于抑制肿瘤和促进修复的可注射生物活性水凝胶
CN111097070B (zh) * 2020-01-09 2021-06-22 上海交通大学 一种用于抑制肿瘤和促进修复的可注射生物活性水凝胶
CN113440651A (zh) * 2020-08-06 2021-09-28 华夏司印(上海)生物技术有限公司 水凝胶组合物、水凝胶、仿生软骨及其制备方法和应用
CN114848905A (zh) * 2022-04-20 2022-08-05 中山大学附属口腔医院 一种盖髓材料及其制备方法与应用
CN114848905B (zh) * 2022-04-20 2023-01-20 中山大学附属口腔医院 一种盖髓材料及其制备方法与应用

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