CN112111072A - 可3D打印的ε-聚赖氨酸抗菌水凝胶及其制备方法与应用 - Google Patents

可3D打印的ε-聚赖氨酸抗菌水凝胶及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种可3D打印的ε‑聚赖氨酸抗菌水凝胶及其制备方法和应用，包括：混合甲基丙酸修饰的ε‑聚赖氨酸聚合物和甲基丙烯酸缩水甘油酯修饰的羧甲基纤维素聚合物及含有光引发剂的水溶液得到混合溶液，再注入3D打印机进行3D打印，打印的同时采用紫外光照射。本发明利用甲基丙烯酸和甲基丙烯酸缩水甘油酯上的碳碳双键在光引发剂的存在下，通过紫外光诱导自由基聚合，将ε‑聚赖氨酸与羧甲基纤维大分子聚合物交联在一起，形成三维网络结构的水凝胶，具有良好的力学性能，生物相容性好、可生物降解、实施条件温和可控。ε‑聚赖氨酸特有的抗菌活性对革兰氏阴性菌和阳性菌均有抑制效果，可有效预防创面伤口感染，可应用于医用敷料及组织工程材料等领域。

Description

可3D打印的ε-聚赖氨酸抗菌水凝胶及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于生物医用材料领域，具体涉及一种可3D打印的光交联ε-聚赖氨酸抗菌水凝胶及其制备方法和其应用。具体是通过双键自由基聚合在紫外光照的条件下发生自由基聚合交联得到水凝胶多孔支架材料。
背景技术
皮肤组织工程的出现为大面积皮肤损伤的修复与重建开辟了新的途径。而水凝胶因其多孔结构并具有湿、软特性成为研究的热点。水凝胶可模拟细胞基质，与皮肤相似的粘弹性与机械强度，并因其良好的生物相容性能够促进细胞生长繁殖，有效促进皮肤伤口愈合。被视为一种比较理想的皮肤组织替代材料，广泛地应用于组织工程领域，如：细胞载体、生长因子/活性药物载体、创面修复和组织工程支架等。
ε-聚赖氨酸(ε-PL)是一种水溶性高分子，ε-PL是赖氨酸α-位上羰基和ε-位氨基结合的产物，由25～30个赖氨酸残基组成，ε-PL是一种的阳离子聚合多肽，主链上含有大量游离氨基，易于修饰，可发生交联、螯合、衍生化等反应，相对分子质量在3600～4300之间，可通过化学合成法、提取法和微生物发酵法获得，具有高生物相容性、可降解、无毒、抗菌、保湿等特点，而且其与蛋白质二级结构相似等优良特性，使ε-聚赖氨酸在蛋白质结构模拟、生物医学领域应用方面被认为是最具应用潜力的生物材料之一。而羧甲基纤维素是一种多糖类聚合物，具有低毒性，可降解性和良好的生物相容性，在组织工程，药物载体，食品包装等方面都有广泛的应用。
目前，水凝胶材料的成型方式主要包括化学交联(自由基聚合，酰胺化反应，迈克尔加成等)、物理交联(氢键缔合，离子配位等)等方式。但现有技术的成型方式往往不够温和，或者交联成型后的水凝胶会带有一定的细胞毒性，存在生物相容性差或机械强度不足等问题。
现有技术中，可通过3D打印制备具有一定形状的水凝胶支架，为了使得水凝胶在3D打印过程中按照预定形状成型，水凝胶的成型时间和成型方式成为了关键因素。
发明内容
针对上述现有技术的问题，本发明一种可3D打印的ε-聚赖氨酸抗菌水凝胶及其制备方法和应用，该水凝胶敷料，制备条件温和、生物相容性好、可3D打印成型，可以广泛的应用组织工程材料等领域。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种可3D打印的ε-聚赖氨酸水凝胶的制备方法，包括如下步骤：
混合甲基丙酸修饰的ε-聚赖氨酸聚合物(ε-PL-MA)和甲基丙烯酸缩水甘油酯修饰的羧甲基纤维素聚合物(CMC-GMA)及含有光引发剂的水溶液得到混合溶液，将所述混合溶液注入3D打印机进行3D打印，在打印的同时采用紫外光照射。
优选的，所述3D打印采用solidworks软件画所需要的模型。
优选的，所述3D打印利用simplify 3D给3D打印机设置程序。
优选的，所述紫外光照射的时间为15～60s即可成胶。
优选的，所述甲基丙酸修饰的ε-聚赖氨酸聚合物(ε-PL-MA)由如下方法制得：
室温下向甲基丙烯酸(MA)的水溶液中加入EDC和NHS活化羧基，之后加入ε-聚赖氨酸，控制pH值为4～6，于25～60℃反应12～24h即得。
优选的，所述甲基丙烯酸的水溶液由将甲基丙烯酸溶解于65℃的水中得到。
优选的，所述活化羧基的时间为30min。
优选的，上述方法还包括透析、冷冻干燥的步骤。优选的，所述的透析的时间为3～7天。
优选的，所述ε-聚赖氨酸的分子量为3600～4300道尔顿。
优选的，所述ε-聚赖氨酸的水溶液的浓度为10～30g/L。
优选的，ε-聚赖氨酸与甲基丙烯酸的摩尔比为1:1～3。
优选的，EDC和NHS与甲基丙烯酸的摩尔比分别为1:1.5。
优选的，所述甲基丙烯酸缩水甘油酯修饰的羧甲基纤维素聚合物(CMC-GMA)由如下方法制得：
向羧甲基纤维素的水溶液中加入甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)，并调节pH值为4～6，40～80℃反应6～12h即得。
优选的，所述的羧甲基纤维素的水溶液的浓度为10～30g/L。
优选的，羧甲基纤维素与甲基丙烯酸缩水甘油酯的摩尔比为1:1～3。
优选的，上述制备方法还包括透析后冷冻干燥的步骤。
优选的，所述的透析的时间为3～7天。
优选的，甲基丙酸修饰的ε-聚赖氨酸聚合物上的双键与甲基丙烯酸缩水甘油酯修饰的羧甲基纤维聚合物上的双键的摩尔比为1:1～6。
优选的，所述光引发剂为I2959。
所述制备方法的反应方程式为：
Figure BDA0002687394040000031
本发明还提供由上述方法制得的可3D打印的ε-聚赖氨酸抗菌水凝胶。
本发明还提供由上述方法制得的可3D打印的ε-聚赖氨酸抗菌水凝胶在组织工程材料领域中的应用。
所述应用包括：
制备医用敷料或细胞支架。
本发明的有益效果在于：
本发明利用碳碳双键自由基聚合反应，成胶速度快，低毒性，条件温和，有较高的化学选择性，该反应是一种理想的用于生物医用材料的化学交联反应。
本发明以安全无毒、可生物降解材料ε-聚赖氨酸为主体材料，羧甲基纤维素为辅助材料，分别在其分子侧链修饰上碳碳双键集团，利用自由基聚合反应原位快速成胶。同时天然ε-聚赖氨酸具有与天然蛋白质相似的二级结构，模拟组织细胞基质中的蛋白成分仿生构建组织工程多孔支架，使之能够有效促进损伤后组织的再生与重建。聚赖氨酸特有的抗菌活性对革兰氏阴性菌和阳性菌均有抑制效果，可有效预防创面伤口感染。
该水凝胶材料有效解决了传统化学交联类水凝胶具有一定细胞毒性的缺陷，且具有一定的机械强度、生物相容性好、操作条件温和等优点，在医用敷料、药物载体和细胞支架等领域具有广阔的市场应用前景酸水凝胶在组织工程材料领域中的应用。
附图说明
图1是实施例1所制备的水凝胶的电镜表征图。
图2是实施例2所制备的水凝胶的电镜表征图。
图3是实施例3所制备的水凝胶的电镜表征图。
图4是实施例8所制备的水凝胶的MTT实验结果图。
具体实施方式
根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例中所描述的内容仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详述的本发明。
实施例1
(1)在65℃去离子水中加入甲基丙烯酸，待完全溶解后，25℃条件下按照EDC和NHS与MA摩尔比分别为1:1.5的量加入溶液中活化甲基丙稀酸上的羧基30min，在40℃条件下将ε-聚赖氨酸(ε-PL，分子量为3700道尔顿)加入混合液中，ε-PL的质量浓度为10g/L，搅拌溶解，ε-PL与MA的摩尔比为1:1，反应体系PH值调为4.5，40℃反应15h。得到的聚合物转移至透析袋中，置于去离子水中透析3天，将得到的透析后的纯化溶液冷冻干燥得到甲基丙烯酸修饰的ε-聚赖氨酸聚合物(ε-PL-MA)，接枝率为13.4％。
(2)将羧甲基纤维素溶解于去离子水中，CMC的质量浓度为10g/L，搅拌溶解；然后加入甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)，CMC与GMA的摩尔比为1:1，调节体系PH值为4，50℃搅拌反应6h。得到的聚合物转移至透析袋中，置于去离子水中透析3天，将得到的透析后的纯化溶液冷冻干燥得到甲基丙烯酸缩水甘油酯分子修饰的羧甲基纤维素聚合物(CMC-GMA)，GMA的接枝率为19％。
(3)用0.5％的I2959溶液分别配置水凝胶的第一原液和第二原液，第一原液溶质为甲基丙烯酸分子修饰的ε-聚赖氨酸聚合物(ε-PL-MA)，第二原液溶质为甲基丙烯酸缩水甘油酯分子修饰的羧甲基纤维素聚合物(CMC-GMA)。第一原液中，ε-PL-MA的浓度为1wt％；第二原液中，CMC-GMA的浓度为2wt％。第一原液和第二原液按甲基丙酸修饰的ε-聚赖氨酸聚合物上的双键与甲基丙烯酸缩水甘油酯修饰的羧甲基纤维聚合物上的双键的摩尔比为1:1的用量加入3D打印机的注射器中，设置打印速度为300mm/min，气压0.08MPa线宽0.4mm，喷嘴宽度都是0.2mm，打印模型为1cm*1cm正方体。采用紫外光照射60s完全固化。
实施例2
(1)在65℃去离子水中加入甲基丙烯酸，待完全溶解后，25℃条件下按照EDC和NHS与MA摩尔比分别为1:1.5的量加入溶液中活化甲基丙稀酸上的活化羧基30min，在45℃条件下将ε-聚赖氨酸(ε-PL，分子量为3600道尔顿)加入混合液中，ε-PL的质量浓度为10g/L，搅拌溶解，ε-PL与MA的摩尔比为1:2，反应体系PH值调为5，45℃反应20h。得到的聚合物转移至透析袋中，置于去离子水中透析3天，将得到的透析后的纯化溶液冷冻干燥得到甲基丙烯酸修饰的ε-聚赖氨酸聚合物(ε-PL-MA)，接枝率为16.3％。
(2)将羧甲基纤维素溶解于去离子水中，CMC的质量浓度为20g/L，搅拌溶解；然后加入甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)，CMC与GMA的摩尔比为1:2，调节体系PH值为4.5，60℃搅拌反应6h。得到的聚合物转移至透析袋中，置于去离子水中透析5天，将得到的透析后的纯化溶液冷冻干燥得到甲基丙烯酸缩水甘油酯分子修饰的羧甲基纤维素聚合物(CMC-GMA)，GMA的接枝率为23.6％。
(3)用0.5％的I2959溶液分别配置水凝胶的第一原液和第二原液，第一原液溶质为甲基丙烯酸分子修饰的ε-聚赖氨酸聚合物(ε-PL-MA)，第二原液溶质为甲基丙烯酸缩水甘油酯分子修饰的羧甲基纤维素聚合物(CMC-GMA)。第一原液中，ε-PL-MA的浓度为3wt％；第二原液中，CMC-GMA的浓度为2wt％。第一原液和第二原液按甲基丙酸修饰的ε-聚赖氨酸聚合物上的双键与甲基丙烯酸缩水甘油酯修饰的羧甲基纤维聚合物上的双键的摩尔比为1:1.5的用量加入3D打印机的注射器中，设置打印速度为320mm/min，气压0.06MPa线宽0.4mm，喷嘴宽度都是0.2mm，打印模型为1cm*1cm正方体。采用紫外光照射53s完全固化。
实施例3
(1)在65℃去离子水中加入甲基丙烯酸，待完全溶解后，25℃条件下按照EDC/NHS与MA摩尔比分别为1:1.5的量加入溶液中活化甲基丙稀酸上的活化羧基30min，在50℃条件下将ε-聚赖氨酸(ε-PL，分子量为4000道尔顿)加入混合液中，ε-PL的质量浓度为20g/L，搅拌溶解，ε-PL与MA的摩尔比为1:2，反应体系PH值调为4，50℃反应24h。得到的聚合物转移至透析袋中，置于去离子水中透析5天，将得到的透析后的纯化溶液冷冻干燥得到甲基丙烯酸修饰的ε-聚赖氨酸聚合物(ε-PL-MA)，接枝率为18.7％。
(2)将羧甲基纤维素溶解于去离子水中，CMC的质量浓度为10g/L，搅拌溶解；然后加入甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)，CMC与GMA的摩尔比为1:2，调节体系PH值为4.75，50℃搅拌反应7h。得到的聚合物转移至透析袋中，置于去离子水中透析7天，将得到的透析后的纯化溶液冷冻干燥得到甲基丙烯酸缩水甘油酯分子修饰的羧甲基纤维素聚合物(CMC-GMA)，GMA的接枝率为26.4％。
(3)用0.5％的I2959溶液分别配置水凝胶的第一原液和第二原液，第一原液溶质为甲基丙烯酸分子修饰的ε-聚赖氨酸聚合物(ε-PL-MA)，第二原液溶质为甲基丙烯酸缩水甘油酯分子修饰的羧甲基纤维素聚合物(CMC-GMA)。第一原液中，ε-PL-GMA的浓度为5wt％；第二原液中，CMC-GMA的浓度为2wt％。第一原液和第二原液按甲基丙酸修饰的ε-聚赖氨酸聚合物上的双键与甲基丙烯酸缩水甘油酯修饰的羧甲基纤维聚合物上的双键的摩尔比为1:4.5的用量加入3D打印机的注射器中，设置打印速度为360mm/min，气压0.05MPa线宽0.3mm，喷嘴宽度都是0.2mm，打印模型为1cm*1cm正方体，紫外光照射15s完全固化。
实施例4
(1)在65℃条件下将甲基丙烯酸加入到去离子水中，待完全溶解后，25℃下按照EDC和NHS与MA摩尔比分别为1:1.5的量加入溶液中活化甲基丙稀酸上的活化羧基30min，在60℃条件下将ε-聚赖氨酸(ε-PL，分子量为4300道尔顿)加入混合液中，ε-PL的质量浓度为30g/L，ε-PL与MA的摩尔比为1:3，反应体系PH值调为6，60℃下反应24h。得到的聚合物转移至透析袋中，置于去离子水中透析7天，将得到的透析后的纯化溶液冷冻干燥得到甲基丙烯酸修饰的ε-聚赖氨酸聚合物(ε-PL-MA)，接枝率为22.6％
(2)将羧甲基纤维素溶解于去离子水中，CMC的质量浓度为10g/L，搅拌溶解；然后加入甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)，CMC与GMA的摩尔比为1:3，调节体系PH值为5.5，70℃搅拌反应6h。得到的聚合物转移至透析袋中，置于去离子水中透析3天，将得到的透析后的纯化溶液冷冻干燥得到甲基丙烯酸缩水甘油酯分子修饰的羧甲基纤维素聚合物(CMC-GMA)，GMA的接枝率为28.8％。
(3)用0.5％的I2959溶液分别配置水凝胶的第一原液和第二原液，第一原液溶质为甲基丙烯酸分子修饰的ε-聚赖氨酸聚合物(ε-PL-MA)，第二原液溶质为甲基丙烯酸缩水甘油酯分子修饰的羧甲基纤维素聚合物(CMC-GMA)。第一原液中，ε-PL-GMA的浓度为5wt％；第二原液中，CMC-GMA的浓度为3wt％。第一原液和第二原液按甲基丙酸修饰的ε-聚赖氨酸聚合物上的双键与甲基丙烯酸缩水甘油酯修饰的羧甲基纤维聚合物上的双键的摩尔比为1:4的用量加入3D打印机的注射器中，设置打印速度为280mm/min，气压0.06MPa线宽0.3mm，喷嘴宽度都是0.2mm，打印模型为1cm*1cm正方体，紫外光照射28s完全固化。
实施例5
(1)在65℃条件下将甲基丙烯酸加入到去离子水中，待完全溶解后，25℃下按照EDC和NHS与MA摩尔比分别为1:1.5的量加入溶液中活化甲基丙稀酸上的活化羧基30min，在40℃条件下将ε-聚赖氨酸(ε-PL，分子量为3700道尔顿)加入混悬液中，ε-PL的质量浓度为30g/L，搅拌溶解，ε-PL与MA的摩尔比为1:1，反应体系PH值调为5.5，60℃反应12h。得到的聚合物转移至透析袋中，置于去离子水中透析4天，将得到的透析后的纯化溶液冷冻干燥得到甲基丙烯酸的ε-聚赖氨酸聚合物(ε-PL-GMA)，接枝率为21.9％。
(2)将羧甲基纤维素溶解于去离子水中，CMC的质量浓度为20g/L，搅拌溶解；然后加入甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)，CMC与GMA的摩尔比为1:2，调节体系PH值为6，40℃搅拌反应8h。得到的聚合物转移至透析袋中，置于去离子水中透析4天，将得到的透析后的纯化溶液冷冻干燥得到甲基丙烯酸缩水甘油酯分子修饰的羧甲基纤维素聚合物(CMC-GMA)，GMA的接枝率为30.4％。
(3)用0.5％的I2959溶液分别配置水凝胶的第一原液和第二原液，第一原液溶质为甲基丙烯酸分子修饰的ε-聚赖氨酸聚合物(ε-PL-GMA)，第二原液溶质为甲基丙烯酸缩水甘油酯分子修饰的羧甲基纤维素聚合物(CMC-GMA)。第一原液中，ε-PL-GMA的浓度为3wt％；第二原液中，CMC-GMA的浓度为4wt％。第一原液和第二原液按甲基丙酸修饰的ε-聚赖氨酸聚合物上的双键与甲基丙烯酸缩水甘油酯修饰的羧甲基纤维聚合物上的双键的摩尔比为1:2.2的用量加入3D打印机的注射器中，设置打印速度为340mm/min，气压0.07MPa线宽0.4mm，喷嘴宽度都是0.2mm,打印模型为1cm*1cm正方体，紫外光照射40s完全固化。
实施例6
(1)在65℃条件下将甲基丙烯酸加入到去离子水中，待完全溶解后，25℃下按照EDC和NHS与MA摩尔比分别为1:1.5的量加入溶液中活化甲基丙稀酸上的活化羧基30min，在25℃条件下将ε-聚赖氨酸(ε-PL，分子量为3700道尔顿)加入到混合液中，ε-PL的质量浓度为30g/L，搅拌溶解，ε-PL与MA的摩尔比为1:2，反应体系PH值调为4.5，25℃反应18h。得到的聚合物转移至透析袋中，置于去离子水中透析3天，将得到的透析后的纯化溶液冷冻干燥得到甲基丙烯酸修饰的ε-聚赖氨酸聚合物(ε-PL-MA)，接枝率为23.9％。
(2)将羧甲基纤维素溶解于去离子水中，CMC的质量浓度为20g/L，搅拌溶解；然后加入甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)，CMC与GMA的摩尔比为1:2，调节体系PH值为4.5，80℃搅拌反应8h。得到的聚合物转移至透析袋中，置于去离子水中透析3天，将得到的透析后的纯化溶液冷冻干燥得到甲基丙烯酸缩水甘油酯分子修饰的羧甲基纤维素聚合物(CMC-GMA)，GMA的接枝率为26.3％。
(3)用0.5％的I2959溶液分别配置水凝胶的第一原液和第二原液，第一原液溶质为甲基丙烯酸分子修饰的ε-聚赖氨酸聚合物(ε-PL-GMA)，第二原液溶质为甲基丙烯酸缩水甘油酯分子修饰的羧甲基纤维素聚合物(CMC-GMA)。第一原液中，ε-PL-GMA的浓度为5wt％；第二原液中，CMC-GMA的浓度为4wt％。第一原液和第二原液按甲基丙酸修饰的ε-聚赖氨酸聚合物上的双键与甲基丙烯酸缩水甘油酯修饰的羧甲基纤维聚合物上的双键的摩尔比为1:3.5的用量加入3D打印机的注射器中，设置打印速度为320mm/min，气压0.04MPa线宽0.4mm，喷嘴宽度都是0.2mm，打印模型为1cm*1cm正方体，紫外光照射36s完全固化。
实施例7
(1)在65℃条件下将甲基丙烯酸加入到去离子水中，待完全溶解后，25℃下按照EDC和NHS与MA摩尔比分别为1:1.5的量加入溶液中活化甲基丙稀酸上的活化羧基30min，在45℃条件下将ε-聚赖氨酸(ε-PL，分子量为3700道尔顿)加入混合液中，ε-PL的质量浓度为30g/L，搅拌溶解，加入甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)，ε-PL与GMA的摩尔比为1:3，反应体系PH值调为4.5，40℃反应24h。得到的聚合物转移至透析袋中，置于去离子水中透析5天，将得到的透析后的纯化溶液冷冻干燥得到甲基丙烯酸修饰的ε-聚赖氨酸聚合物(ε-PL-MA)，接枝率为25.4％。
(2)将羧甲基纤维素溶解于去离子水中，CMC的质量浓度为30g/L，搅拌溶解；然后加入甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)，CMC与GMA的摩尔比为1:3，调节体系PH值为4.5，60℃搅拌反应12h。得到的聚合物转移至透析袋中，置于去离子水中透析5天，将得到的透析后的纯化溶液冷冻干燥得到甲基丙烯酸缩水甘油酯分子修饰的羧甲基纤维素聚合物(CMC-GMA)，GMA的接枝率为34.5％。
(3)用0.5％的I2959溶液分别配置水凝胶的第一原液和第二原液，第一原液溶质为甲基丙烯酸分子修饰的ε-聚赖氨酸聚合物(ε-PL-GMA)，第二原液溶质为甲基丙烯酸缩水甘油酯分子修饰的羧甲基纤维素聚合物(CMC-GMA)。第一原液中，ε-PL-GMA的浓度为3wt％；第二原液中，CMC-GMA的浓度为5wt％。第一原液和第二原液按甲基丙酸修饰的ε-聚赖氨酸聚合物上的双键与甲基丙烯酸缩水甘油酯修饰的羧甲基纤维聚合物上的双键的摩尔比为1:6的用量加入3D打印机的注射器中，设置打印速度为320mm/min，气压0.07MPa线宽0.4mm，喷嘴宽度都是0.2mm，打印模型为1cm*1cm正方体，紫外光照射20s完全固化。
实施例8：
细胞毒性实验：采用MTT法测量水凝胶样品对小鼠成纤维细胞(L2959)的细胞毒性。
具体步骤为：(1)采用5mL含有10％胎牛血清和1％双抗的高糖DEME培养基复苏L2959细胞，在37℃、5％CO2的细胞培养箱中培养12h使细胞贴壁；(2)用胰蛋白酶消化贴壁细胞，调整细胞密度为1ⅹ105cell/mL，接种到96孔板中，每孔100μL，至于细胞培箱中培养12h；(3)吸除原有的培养液，加入实施例1制备得到的凝胶的浸提液200μL与空白组(DEME低糖培养液)，培养1、3、5天后，加入MTT溶液20μL，在细胞培养箱中培养4h后，加入200μLDMSO，混匀，采用酶标仪490nm测量其吸光度。结果从图4可以看出，细胞的存活率很高，说明本发明制备的凝胶对细胞具有良好的生物相容性。
将实施例1-3中制备的水凝胶样品冻干，采用扫描电镜进行表征。并从图1-3可以看出，水凝胶内部是疏松多孔的结构，孔隙较为均匀，利于细胞的生长与增值，并可以负载药物剂活性因子。
综上所述，本发明制备的可3D打印ε-聚赖氨酸水凝胶能够应用在皮肤组织工程方面，且具有良好的生物相容性，操作简单，可注射性，可以满足不同形状的伤口要求。且成本相对较低，在未来的临床应用方面有极大前景。
实施例9
将1g聚赖氨酸溶于100mL去离子水中，按照NH2:COOH摩尔比为1:3加入甲基丙烯酸，45℃反应24h，透析3天后冻干，计算其接枝率为25.5％，按照浓度为3％Wt的PL-MA，5％Wt的CMC-GMA摩尔比为1:2.2，采用实施例1的方法配置混合液并进行3D打印，在打印后成胶时间为20s。
作为对比，将1g聚赖氨酸溶于100mL去离子水中，按照NH2:COOH摩尔比为1:3加入甲基丙烯酸缩水甘油醚，60℃反应10h，透析3天后冻干，计算其接枝率为19.8％，按照浓度为3％Wt的PL-GMA，5％WCMC-GMA摩尔比为1:1.7，采用实施例1的方法配置混合液并进行3D打印，在挤出打印后成胶时间为57s，由于成胶时间较长，在挤出打印过程中，水凝胶结构会发生崩塌，打印成型效果不稳定。
这是因为，GMA不溶于水，其与聚赖氨酸反应是油水混合物，而甲基丙烯酸可溶于热水，在相同摩尔比的条件下，甲基丙烯酸与聚赖氨酸的接枝率会增大。影响的后果是在3D打印过程中，由于相同体积下碳碳双键增多，成胶速度加快，这使得在水凝胶在挤出过程中能够快速固化成型而不崩塌。
需要说明的是：以上所述仅为本发明优选的实验方案，并非用于限定本发明的权力范围；同以上描述，对于相关技术领域的专门人士应可明了及实施，因此其他未脱离本发明所解释的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在申请专利范围中。

Claims (10)

1.一种可3D打印的ε-聚赖氨酸抗菌水凝胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
混合甲基丙酸修饰的ε-聚赖氨酸聚合物和甲基丙烯酸缩水甘油酯修饰的羧甲基纤维素聚合物及含有光引发剂的水溶液得到混合溶液，将所述混合溶液注入3D打印机进行3D打印，在打印的同时采用紫外光照射。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述紫外光照射的时间为15~60 s。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述甲基丙酸修饰的ε-聚赖氨酸聚合物由如下方法制得：
室温下向甲基丙烯酸的水溶液中加入EDC和NHS活化羧基，之后加入ε-聚赖氨酸，控制pH值为4~6，于25~60℃反应12~24h即得。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述ε-聚赖氨酸的分子量为3600~4300道尔顿。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，ε-聚赖氨酸与甲基丙烯酸的摩尔比为1:1~3。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述甲基丙烯酸缩水甘油酯修饰的羧甲基纤维素聚合物由如下方法制得：
向羧甲基纤维素的水溶液中加入甲基丙烯酸缩水甘油酯，并调节pH值为4~6，40~80℃反应6~12h即得。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，羧甲基纤维素与甲基丙烯酸缩水甘油酯的摩尔比为1:1~3。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，甲基丙酸修饰的ε-聚赖氨酸聚合物上的双键与甲基丙烯酸缩水甘油酯修饰的羧甲基纤维聚合物上的双键的摩尔比为1:1~6。
9.权利要求1-8任一所述制备方法制得的可3D打印的ε-聚赖氨酸抗菌水凝胶。
10.权利要求1-8任一所述制备方法制得的可3D打印的ε-聚赖氨酸抗菌水凝胶在组织工程材料中的应用。
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