CN112646100B - 一种复合细胞的海藻酸钠-明胶双网络水凝胶前驱体及制备方法和带有其的打印墨水及支架 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及生物材料的制备技术领域，尤其是涉及一种复合细胞的海藻酸钠‑明胶双网络水凝胶前驱体及其制备方法和带有其的打印墨水及支架。前驱体的组分组成以及各组分与水的质量比如下：双键修饰的明胶5%～20%；双键修饰的海藻酸钠1%～10%；蓝紫外光引发剂0.05%～0.1%；细胞浓度1×106～4×106 CFU/mL。本申请中双键修饰的海藻酸钠加入可以增强水凝胶基质的粘度，使构建的支架在蓝紫外交联前具有预形状，进而提高打印后支架的成型能力。同时双键修饰的海藻酸钠和双键修饰的明胶之间行成网络的穿插，可以使得打印出来的生物体支架不容易发生坍塌。
Description
技术领域
本申请涉及生物材料的制备技术领域，尤其是涉及一种复合细胞的海藻酸钠-明胶双网络水凝胶打印墨水及其制备方法和带有其的打印墨水及支架。
背景技术
水凝胶是一种能够在水中达到溶胀平衡，在吸收并保持大量水分的同时，能保持本身的结构并具有良好力学强度的亲水性网状高分子溶胀体。
传统热聚合作为水凝胶最长用的聚合方法，由于其时间长，聚合时间不可控，以及随着聚合时间延长，凝胶系统黏度逐渐增加，造成了打印时成型困难，无法连续打印的问题。
而采用紫外固化方式，对生物体支架进行光固化，则不会存在上述问题。并且紫外光固化方式具有条件温和，不会对细胞造成伤害等特点。但目前常用的紫外光固化三维打印方法，是在打印的同时对材料进行固化。该方法对材料要求较高，需要打印的材料能在极短的时间能发生蓝紫外交联并塑性，否则打印出来的支架容易造成坍塌的问题。
针对上述中的相关技术，发明人认为存在有现有材料塑性差、打印出来的支架容易发生坍塌的缺陷。
发明内容
为了克服材料塑性差、打印出来的支架容易发生坍塌的缺陷，本申请提供一种复合细胞的海藻酸钠-明胶双网络水凝胶前驱体及制备方法和带有其的打印墨水及支架。
第一方面，本申请提供一种复合细胞的海藻酸钠-明胶双网络水凝胶基质前驱体，采用如下的技术方案：
一种复合细胞的海藻酸钠-明胶双网络水凝胶基质前驱体，其组分组成以及各组分与水的质量比如下：
双键修饰的明胶5％～20％；
双键修饰的海藻酸钠1％～10％；
蓝紫外光引发剂0.05％～0.1％；
细胞浓度1×106～4×106CFU/mL。
通过采用上述技术方案，本方案中双键修饰的海藻酸钠本身具有一定的粘度，可用来打印使三维构建的凝胶支架在蓝紫外交联前具有预形状，但是打印的支架保真度不好，容易发生坍塌，因此，借助双键修饰的明胶作为另一组分与双键修饰的海藻酸钠共同构建双网络体系，可以使得打印出来的生物体支架强度进一步的提高，不容易发生坍塌。
另外双键修饰的海藻酸钠的含量也可以影响打印时水凝胶基质的粘度:如果海藻酸钠的含量过高，则溶液粘度过高，流动性较差，打印时需要的压力过大，细胞无法存活，且材料不容易混匀；如果海藻酸钠的含量过低，溶液粘度过低，流动性太高，打印时塑性困难，支架会发生塌陷，无法保持预形状。因此将双键修饰的海藻酸钠的含量控制在1％～10％之间，则可获得有效保持支架预形状的效果。
双键修饰的明胶和双键修饰的海藻酸钠两者均为生物相容性好的材料，可以保证打印后包裹的细胞的活性。
双键修饰的海藻酸钠和双键修饰的明胶的用量比也经过了合理考量。双键修饰的海藻酸钠含量过高不利于细胞的铺展，双键修饰的明胶含量过高会导致交联网络过于致密，不利于细胞的生长和铺展。因此双键修饰的明胶的含量控制在5％～20％，海藻酸钠的含量控制在1％～10％之间，则可以实现细胞在支架中稳定黏附、生长、增殖甚至分化的目的。
优选的，所述双键修饰的海藻酸钠为将海藻酸钠接枝丙烯酸酐基团获得的接枝双键海藻酸钠，海藻酸钠与甲基丙烯酸酐的摩尔比为1：1～1：5。
通过采用上述技术方案，该范围中双键修饰的海藻酸钠可以形成较好的网络结构，用于与双键修饰的明胶进行交联。
优选的，所述蓝紫外光引发剂为苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基膦酸锂、或2-羟基-4’-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮中的一种。
通过采用上述技术方案，苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基膦酸锂特别适用于聚合反应，聚合反应条件温和，对材料形成具有时空控制作用，它能够迅速聚合双键修饰的海藻酸钠和双键修饰的明胶形成双网络。此外，在405nm可见光照射下，只需要较低的浓度和蓝紫外光强度。2-羟基-4’-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮低气味，低挥发，低黄变，有助于提高生物支架的安全性和美观性。
第二方面，本申请提供一种复合细胞的海藻酸钠-明胶双网络水凝胶基质前驱体的制备方法，采用如下的技术方案：
一种复合细胞的海藻酸钠-明胶双网络水凝胶基质前驱体的制备方法，其过程如下：
S1.原材料的加工：采用甲基丙烯酸酐双键修饰明胶，明胶与甲基丙烯酸酐的摩尔比为1：1～1：5，得到双键修饰的明胶；采用甲基丙烯酸酐修饰海藻酸钠，海藻酸钠与甲基丙烯酸酐的摩尔比为1：1～1：5，得到双键修饰的海藻酸钠；
S2.原料混合：将得到的双键修饰的明胶和得到的双键修饰的海藻酸钠与蓝紫外光引发剂及细胞悬液于40℃～60℃下加热混合均匀，配制成水凝胶基质前驱体；各组分组成以及各组分与水的质量比如下：
双键修饰的明胶5％～20％；
双键修饰的海藻酸钠1％～10％；
蓝紫外光引发剂0.05％～0.1％；
细胞浓度1×106～4×106CFU/mL。
通过采用上述技术方案，本方案制备方法中通过改变双键海藻酸钠的含量来增强水凝胶基质的粘度，使水凝胶基质前驱体在蓝紫外交联前具有预形状，使得打印后的生物体支架不易发生坍塌。
第三方面，本申请提供一种带有复合细胞的海藻酸钠-明胶双网络水凝胶基质前驱体的打印墨水，采用如下的技术方案：
一种带有复合细胞的海藻酸钠-明胶双网络水凝胶基质前驱体的打印墨水，包括有上述的复合细胞的海藻酸钠-明胶双网络水凝胶基质前驱体。
通过采用上述技术方案，提供了一种新型的打印墨水，该打印墨水带有双键修饰的海藻酸钠，其可增强水凝胶基质的粘度，使三维构建的支架在紫外交联前具有预形状。
第四方面，本申请提供一种采用海藻酸钠-明胶双网络水凝胶基质前驱体制备的生物体支架，采用如下的技术方案：
一种采用海藻酸钠-明胶双网络水凝胶基质前驱体制备的生物体支架，生物体支架采用上述的复合细胞的海藻酸钠-明胶双网络水凝胶基质前驱体制备而成。
通过采用上述技术方案，提供了一种海藻酸钠-明胶双网络水凝胶基质前驱体制备而成的支架，该支架成型效率高，支撑性好不容发生坍塌。
优选的，S1.原材料的加工：采用甲基丙烯酸酐双键修饰明胶，明胶与甲基丙烯酸酐的摩尔比为1：1～1：5，得到双键修饰的明胶；采用甲基丙烯酸酐修饰海藻酸钠，海藻酸钠与甲基丙烯酸酐的摩尔比为1：1～1：5，得到双键修饰的海藻酸钠；
S2.原料混合：将得到的双键修饰的明胶和得到的双键修饰的海藻酸钠与蓝紫外光引发剂及细胞悬液于40℃～60℃下加热混合均匀，配制成水凝胶基质前驱体；各组分组成以及各组分与水的质量比如下：
双键修饰的明胶5％～20％；
双键修饰的海藻酸钠1％～10％；
蓝紫外光引发剂0.05％～0.1％；
细胞浓度1×106～4×106CFU/mL；
采用生物3D打印机打印，将打印好的水凝胶基质前驱体，放置于蓝紫外交联仪中进行紫外固化，得到的生物体支架。
通过采用上述技术方案，本方案的制备方法中采用紫外光交联的方式温和简单，水凝胶成胶速度较快。交联成型后的生物体支架细胞相容性好，在提供细胞生长所需的三维环境的同时，对细胞起到促进其黏附、生长与增殖的作用。本方案的制备方法流程简单、成本低、生产效率高、有利于工业化生产。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.本申请的水凝胶基质前驱体通过双键修饰的海藻酸钠的选用以及其含量的选择两方面来增强水凝胶基质的粘度，使得三维构建的支架在紫外交联前具有预形状，进而提高打印后支架的成型能力。
2.本申请的水凝胶基质前驱体材料中双键修饰的海藻酸钠和双键修饰的明胶之间行成穿插的网络，该网络结构不需温控塑型，故本申请可以实现含细胞且保真性较好的支架在常温下被打印出基本结构的效果，克服了以往单独双键修饰的明胶在常温下难以被打印成型的缺陷。
3.本申请双键修饰的明胶和双键修饰的海藻酸钠均作为生物相容性好的材料，可以提高打印后包裹细胞的活性。
4.本申请通过调控制双键修饰的明胶和双键修饰的海藻酸钠的比例，可以实现控制细胞在支架中黏附、生长、增殖甚至分化的目的。
5.本申请的制备方法中支架的固型采用紫外光固化的方式，该方式温和简单，对细胞损伤较少，水凝胶基质前驱体成型速度较快。
6.本申请中的蓝紫外光引发剂用量极少，不易对细胞的活性产生影响。
7.本申请的水凝胶整个体系在紫外光照条件下，明胶的双键与双键之间、海藻酸钠的双键与双键之间以及明胶的双键和海藻酸钠的双键之间均有可能发生交联反应，进而形成双网络结构的水凝胶，使得凝胶形状得以保持，并增强水凝胶基质的强度，为细胞提供黏附和增殖的场所；整个水凝胶体系特别适用于三维材料打印紫外光固化的基质。
8.本申请交联成型后的支架的细胞相容性好，可在提供细胞生长所需的三维环境的同时对细胞起到促进其黏附、生长与增殖的作用。
9.本申请支架的制备方法中所使用的双键修饰的明胶和双键修饰的海藻酸钠的含量以及交联时间均具有非常高的选择性，可以通过控制其含量和交联时间长短来控制双网络的致密程度进而控制细胞在支架内部的铺展、生长与增殖情况。
10.本申请采用水凝胶前驱体制成的支架先打印成型，后快速成胶，制备工艺简单，并且可实现批量打印的目的，大大提高了支架的打印效率。
11.本申请生物体支架的制备方法流程简单、成本低，有利于工业化生产。
附图说明
图1是本申请实施例3双键修饰的明胶核磁光谱图。
图2是本申请实施例3双键修饰的海藻酸的核磁光谱。
图3是本申请实施例3带海藻酸-明胶双网络的水凝胶基质前驱体的表面形貌。
图4是本申请实施例3生物体支架三的表面形貌；图中，A展示面表述俯视图，B展示面表示侧视图。
具体实施方式
以下结合附图1-4对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例公开一种复合细胞的海藻酸钠-明胶双网络水凝胶基质前驱体，可用于制备打印墨水或生物体支架。
该水凝胶基质前驱体的组分组成以及各组分与水的质量比如下：
双键修饰的明胶5％～20％；
双键修饰的海藻酸钠1％～10％；
蓝紫外光引发剂0.05％～0.1％；
细胞浓度1×106～4×106CFU/mL。
双键修饰的明胶为将明胶分子上接枝丙烯酸酐基团获得的接枝双键明胶，明胶与甲基丙烯酸酐的摩尔比为1：1～1：5。双键修饰的海藻酸钠为将海藻酸钠接枝丙烯酸酐基团获得的接枝双键海藻酸钠，海藻酸钠与甲基丙烯酸酐的摩尔比为1：1～1：5。
该水凝胶基质前驱体的制备方法如下:
S1.分别加工原材料：采用甲基丙烯酸酐双键修饰明胶，明胶与甲基丙烯酸酐的摩尔比为1：1～1：5，得到双键修饰的明胶；采用甲基丙烯酸酐修饰海藻酸钠，海藻酸钠与甲基丙烯酸酐的摩尔比为1：1～1：5，得到双键修饰的海藻酸钠；
S2.原料混合：将得到的双键修饰的明胶和得到的双键修饰的海藻酸钠与蓝紫外光引发剂及细胞悬液于40℃～60℃下加热混合均匀，配制成水凝胶基质前驱体。
打印墨水的制备方法为:将获得水凝胶基质前驱体与其它药物或活性因子混合，获得具有多功能功能的打印墨水。
生物体支架的制备方法为:采用生物3D打印机打印，将打印好的水凝胶基质前驱体放置于蓝紫外交联仪中进行蓝紫外固化，得到的生物体支架。细胞可在本申请的生物体支架中保持相对较好的活性状态。
以下结合实施例1～5对水凝胶前驱体的具体制备和生物体支架的具体制备做进一步的阐述。
实施例1水凝胶基质前驱体一和生物体支架一的制备
S1.原材料的加工
S11.双键修饰的明胶的制备
首先将5g明胶溶解于60℃的磷酸缓冲溶液中形成浓度为100mg/mL的溶液，之后使用恒压滴液漏斗缓慢加入5mL甲基丙烯酸酐溶液，50℃反应3小时，反应结束后溶液由透明变成乳白色，加入约4倍体积的PBS溶液稀释反应溶液，之后转入透析袋中，50℃条件透析3天以去除反应副产物和残余反应物。透析结束后过滤、冷冻干燥即可得到高纯度的双键修饰的明胶材料。
S12.双键海藻酸的制备
与上述接枝方法类似，首先，将1g海藻酸钠溶解于4℃磷酸盐缓冲液搅拌形成浓度为10mg/mL的溶液，缓慢加入30mL甲基丙烯酸酐溶液，低温反应48小时。整个反应过程中保证pH值为8，反应结束后，加入等体积乙醇析出海藻酸钠，反复离心去除上清液，将得到的絮状沉淀物重新分散于去离子水中，之后转入透析袋中透析3天以去除反应副产物和残余反应物。透析结束后，将样品溶解并冷冻干燥得到双键修饰的海藻酸钠。
S2.原料混合：带海藻酸-明胶双网络的水凝胶基质前驱体一的制备将步骤S11得到的双键修饰的明胶和步骤S12得到的双键修饰的海藻酸钠与光引发剂及细胞悬液混合，配制成不同固含量的水凝胶基质前驱体，各组分与水的质量比为：双键修饰的明胶8％，双键修饰的海藻酸钠1％，苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基膦酸锂0.05％，软骨细胞浓度2×106CFU/mL，四者于50℃加热混合均匀，得到不同粘度的可用于三维生物打印的蓝紫外光固化水凝胶基质前驱体一。
S3.生物体支架一的制备
将该水凝胶基质前驱体一作为打印墨水，进行打印，获得支架半成品。
将打印好的支架半成品，放置于交联仪中进行蓝紫外固化，得到最终的生物体支架一。
实施例2水凝胶前驱体二和生物体支架二的制备
S1.原材料的加工
S11.双键修饰的明胶的制备
首先将5g明胶溶解于60℃的磷酸缓冲溶液中形成浓度为100mg/mL的溶液，之后使用恒压滴液漏斗缓慢加入5mL甲基丙烯酸酐溶液，50℃反应3小时，反应结束后溶液由透明变成乳白色，加入约4倍体积的PBS溶液稀释反应溶液，之后转入透析袋中，50℃条件透析3天以去除反应副产物和残余反应物。透析结束后过滤、冷冻干燥即可得到高纯度的双键修饰的明胶材料。
S12.双键海藻酸的制备
与上述接枝方法类似，首先，将1g海藻酸钠溶解于4℃磷酸盐缓冲液搅拌形成浓度为10mg/mL的溶液，缓慢加入30mL甲基丙烯酸酐溶液，低温反应48小时。整个反应过程中保证pH值为8，反应结束后，加入等体积乙醇析出海藻酸钠，反复离心去除上清液，将得到的絮状沉淀物重新分散于去离子水中，之后转入透析袋中透析3天以去除反应副产物和残余反应物。透析结束后，将样品溶解并冷冻干燥得到双键修饰的海藻酸钠。
S2.原料混合：带海藻酸-明胶双网络的水凝胶基质前驱体二的制备将步骤S11得到的双键修饰的明胶和步骤S12得到的双键修饰的海藻酸钠与光引发剂及细胞悬液混合，配制成不同固含量的水凝胶基质前驱体，各组分与水的质量比为：双键修饰的明胶8％，双键修饰的海藻酸钠2％，苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基膦酸锂0.05％，软骨细胞浓度2×106CFU/mL，将四者于50℃加热混合均匀，得到不同粘度的可用于三维生物打印的蓝紫外光固化的水凝胶基质前驱体二。
S3.生物体支架二的制备
将该水凝胶基质前驱体二作为打印墨水，进行打印，获得支架半成品。
将打印好的支架半成品，放置于蓝紫外交联仪中进行蓝紫外固化，得到最终的生物体支架二。
实施例3水凝胶前驱体三和生物体支架三的制备
S1.原材料的加工
S11.双键修饰的明胶的制备
首先将5g明胶溶解于60℃的磷酸缓冲溶液中形成浓度为100mg/mL的溶液，之后使用恒压滴液漏斗缓慢加入5mL甲基丙烯酸酐溶液，50℃反应3小时，反应结束后溶液由透明变成乳白色，加入约4倍体积的PBS溶液稀释反应溶液，之后转入透析袋中，50℃条件透析3天以去除反应副产物和残余反应物。透析结束后过滤、冷冻干燥即可得到高纯度的双键修饰的明胶，其核磁光谱图如图1所示。
S12.双键海藻酸的制备
与上述接枝方法类似，首先，将1g海藻酸钠溶解于4℃磷酸盐缓冲液搅拌形成浓度为10mg/mL的溶液，缓慢加入30mL甲基丙烯酸酐溶液，低温反应48小时。整个反应过程中保证pH值为8，反应结束后，加入等体积乙醇析出海藻酸钠，反复离心去除上清液，将得到的絮状沉淀物重新分散于去离子水中，之后转入透析袋中透析3天以去除反应副产物和残余反应物。透析结束后，将样品溶解并冷冻干燥得到双键修饰的海藻酸钠，其核磁光谱图如图2所示。
S2.原料混合：带海藻酸-明胶双网络的水凝胶基质前驱体三的制备将步骤S11得到的双键修饰的明胶和步骤S12得到的双键修饰的海藻酸钠与光引发剂及细胞悬液混合，配制成不同固含量的水凝胶基质前驱体，各组分与水的质量比为：双键修饰的明胶8％，双键修饰的海藻酸钠3％，苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基膦酸锂0.05％，软骨细胞浓度2×106CFU/mL。将四者于50℃加热混合均匀，得到不同粘度的可用于三维生物打印的蓝紫外光固化水凝胶基质前驱体三。
S3.生物体支架三的制备
将该水凝胶基质前驱体三作为打印墨水，进行打印，获得支架半成品。
将打印好的支架半成品，放置于蓝紫外交联仪中进行蓝紫外固化3min，得到最终的生物体支架三，其形貌图如图4所示。
对实施例1～3所得的水凝胶基质前驱体在显微镜下观察结构，实施例3获得的水凝胶基质前驱体三的三维通孔结构最好，其结构如图3所示，是因为实施例3中双键修饰的海藻酸钠的含量提高，可以与双键修饰的明胶的网络形成更好的预交联网孔支撑相，使得水凝胶基质前驱体三具有一定的预形状，可有效提高打印的生物体支架三的成型能力。
实施例4水凝胶前驱体四和生物体支架四的制备
S1.原材料的加工
S11.双键修饰的明胶的制备
首先将5g明胶溶解于60℃的磷酸缓冲溶液中形成浓度为100mg/mL的溶液，之后使用恒压滴液漏斗缓慢加入5mL甲基丙烯酸酐溶液，50℃反应3小时，反应结束后溶液由透明变成乳白色，加入约4倍体积的PBS溶液稀释反应溶液，之后转入透析袋中，50℃条件透析3天以去除反应副产物和残余反应物。透析结束后过滤、冷冻干燥即可得到高纯度的双键修饰的明胶材料。
S12.双键海藻酸的制备
与上述接枝方法类似，首先，将1g海藻酸钠溶解于4℃磷酸盐缓冲液搅拌形成浓度为10mg/mL的溶液，缓慢加入30mL甲基丙烯酸酐溶液，低温反应48小时。整个反应过程中保证pH值为8，反应结束后，加入等体积乙醇析出海藻酸钠，反复离心去除上清液，将得到的絮状沉淀物重新分散于去离子水中，之后转入透析袋中透析3天以去除反应副产物和残余反应物。透析结束后，将样品溶解并冷冻干燥得到双键修饰的海藻酸钠。
S2.原料混合：带海藻酸-明胶双网络的水凝胶基质前驱体四的制备将步骤S11得到的双键修饰的明胶和步骤S12到的双键修饰的海藻酸钠与光引发剂及细胞悬液混合，配制成不同固含量的水凝胶基质前驱体，各组分与水的质量比为：双键修饰的明胶8％，双键修饰的海藻酸钠3％，苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基膦酸锂0.05％，软骨细胞浓度2×106CFU/mL。将四者于50℃加热混合均匀，得到不同粘度的可用于三维生物打印的蓝紫外光固化水凝胶基质前驱体四。
S3.生物体支架四的制备
将该水凝胶基质前驱体四作为打印墨水，进行打印，获得支架半成品。
将打印好的支架半成品，放置于蓝紫外交联仪中进行蓝紫外固化2min，得到最终的生物体支架四。
实施例5水凝胶前驱体五和生物体支架五的制备
S1.原材料的加工
S11.双键修饰的明胶的制备
首先将5g明胶溶解于60℃的磷酸缓冲溶液中形成浓度为100mg/mL的溶液，之后使用恒压滴液漏斗缓慢加入5mL甲基丙烯酸酐溶液，50℃反应3小时，反应结束后溶液由透明变成乳白色，加入约4倍体积的PBS溶液稀释反应溶液，之后转入透析袋中，50℃条件透析3天以去除反应副产物和残余反应物。透析结束后过滤、冷冻干燥即可得到高纯度的双键修饰的明胶材料。
S12.双键海藻酸的制备
与上述接枝方法类似，首先，将1g海藻酸钠溶解于4℃磷酸盐缓冲液搅拌形成浓度为10mg/mL的溶液，缓慢加入30mL甲基丙烯酸酐溶液，低温反应48小时。整个反应过程中保证pH值为8，反应结束后，加入等体积乙醇析出海藻酸钠，反复离心去除上清液，将得到的絮状沉淀物重新分散于去离子水中，之后转入透析袋中透析3天以去除反应副产物和残余反应物。透析结束后，将样品溶解并冷冻干燥得到双键修饰的海藻酸钠。
S2.原料混合：带海藻酸-明胶双网络的水凝胶基质前驱体五的制备将步骤S11得到的双键修饰的明胶和步骤S12得到的双键修饰的海藻酸钠与光引发剂及细胞悬液混合，配制成不同固含量的水凝胶基质前驱体，各组分与水的质量比为：双键修饰的明胶8％，双键修饰的海藻酸钠3％，苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基膦酸锂0.05％，软骨细胞浓度2×106CFU/mL。将四者于50℃加热混合均匀，得到不同粘度的可用于三维生物打印的蓝紫外光固化水凝胶基质前驱体五。
S3.生物体支架五的制备
将该水凝胶基质前驱体五作为打印墨水，进行打印，获得支架半成品。打印好的支架，放置于蓝紫外交联仪中进行蓝紫外固化1min，得到最终的生物体支架五。
生物体支架的制备方法中紫外固化时间均具有非常高的选择性，交联时间变化中，水凝胶基质的双网络的交联密度也随之变化。实施例3～5通过紫外固化的时间长短来控制了水凝胶基质双网络的致密程度，进而控制细胞在支架内部的铺展、生长与增殖情况。在实施例3中，蓝紫外固化时间控制为3min，获得的生物体支架三网络密度情况最好，形貌如图4所示，生物体支架三的侧面高度也最高为2809um。
实验例1实施例3～实施例5的生物体支架的力学性能测试1.试验方法：
将生物体支架三、生物体支架四、生物体支架五三个样本从冷冻环境中取出，生理盐水浸泡30min后，将各样本固定于同样冰冻的卡具的中部，4min后旋紧卡具以保证固定的各个样本已被冻硬，不易发生滑动；而各样本外露的部门仍为常温，不会影响拉伸实验过程中的力学测试结果。
通过Wintest力学测试软件将两卡具间的距离固定为5mm，即初始长度为5mm。以1mm/min的速度拉伸直各样本至其断裂，应力、应变、位移、及载荷每秒取样10次。测试过程中使用生理盐水保持样本湿润。读出每个点的载荷及相应的位移。
按以下公式计算每个样本的生物力学特性：韧度(＝载荷/位移)(N/mm)；断裂功耗＝载荷-位移曲线中极限载荷点左侧曲线下的面积；极限应力＝极限载荷/面积(MPa)；弹性模量＝应力/应变(MPa)；极限应变＝极限载荷对应的位移/样本的初长度。
2.试验结果：
生物体支架三、生物体支架四、生物体支架五的力学性能测试结果如表1所示。
表1：三种生物体支架的力学性能测试结果(n＝10，x±s)
实施例3～实施例5不同紫外固化时间后含有细胞的生物体支架极限载荷、韧度、弹性模量、极限应力、断裂功耗均有不同，而实施例3的整体力学性能最佳。
实验例2实施例3～实施例5的生物体支架的细胞增殖能力检测1.实验方法：
将实施例3～实施例5获得的生物体支架各取相同分量的样本，分别加入α-MEM培养基，均放置于37℃培养箱中培养，使细胞在水凝胶的孔隙中黏附并增殖1天、3天和5天，最后统计增殖情况。
2.实验结果
生物体支架三、生物体支架四、生物体支架五的细胞增殖能力结果如表2示。
表2：三种生物体支架的细胞增殖能力结果
| OD 450nm | 1D | 3D | 5D |
| 生物体支架三 | 0.579±0.13 | 0.982±0.25 | 2.145±0.32 |
| 生物体支架四 | 0.529±0.11 | 0.882±0.32 | 1.984±0.86 |
| 生物体支架五 | 0.584±0.18 | 0.756±0.13 | 1.782±0.56 |
结果表明，细胞能在三种生物体支架上连续地增殖说明支架无毒，具有良好的细胞活性，而且细胞数量能从第1天OD值0.5左右，3天时间内增殖到OD值在0.8左右，5天内OD值达到1.9左右，说明细胞增殖速度非常快。其中，特别是采用实施例3固化时间形成的生物体支架三，细胞在生物体支架三内部的铺展、生长与增殖情况更好。上述结果也证明了本申请生物体支架对细胞的毒性低，具有较高的安全性。
上述实施例1～实施例5中:
所用到的海藻酸钠的粘度为低粘度、中等粘度和高粘度中的一种，但并不限于此；双键修饰的明胶作为细胞载体，为细胞的黏附增殖提供场所，因此双键修饰的明胶也可替换为改性后的透明质酸、胶原、壳聚糖等生物相容性好的生物材料；使用到的细胞可根据实际临床需求，软骨细胞可以替换为干细胞、内皮细胞、神经细胞等的一种或多种细胞；
使用到的蓝紫外光引发剂苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基膦酸锂，也可以为2-羟基-4’-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮。
本申请复合细胞的海藻酸钠-明胶双网络水凝胶前驱体体系特别适用于打印需要经过蓝紫外光固化的生物体支架。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种复合细胞的海藻酸钠-明胶双网络水凝胶基质前驱体，其特征在于，其组分组成以及各组分与水的质量比如下：
双键修饰的明胶5%～20%；
双键修饰的海藻酸钠1%～10%；
蓝紫外光引发剂0.05%～0.1%；
细胞浓度1×106～4×106CFU/mL；
具体制备方法为：
S1.原材料的加工：采用甲基丙烯酸酐双键修饰明胶，明胶与甲基丙烯酸酐的摩尔比为1：1～1：5，得到双键修饰的明胶；采用甲基丙烯酸酐修饰海藻酸钠，海藻酸钠与甲基丙烯酸酐的摩尔比为1：1～1：5，得到双键修饰的海藻酸钠；
S2.原料混合：将得到的双键修饰的明胶和得到的双键修饰的海藻酸钠与蓝紫外光引发剂及细胞悬液于40℃～60℃下加热混合均匀，配制成水凝胶基质前驱体。
2.根据权利要求1所述的一种复合细胞的海藻酸钠-明胶双网络水凝胶基质前驱体，其特征在于:所述双键修饰的海藻酸钠为将海藻酸钠接枝丙烯酸酐基团获得的接枝双键海藻酸钠，海藻酸钠与甲基丙烯酸酐的摩尔比为1：1～1：5。
3.根据权利要求1所述的一种复合细胞的海藻酸钠-明胶双网络水凝胶基质前驱体，其特征在于:所述蓝紫外光引发剂为苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基膦酸锂、或2-羟基-4’-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮中的一种。
4.一种带有复合细胞的海藻酸钠-明胶双网络水凝胶基质前驱体的打印墨水，其特征在于：包括有权利要求1所述的复合细胞的海藻酸钠-明胶双网络水凝胶基质前驱体。
5.一种采用海藻酸钠-明胶双网络水凝胶基质前驱体制备的生物体支架，其特征在于：生物体支架采用权利要求1所述的复合细胞的海藻酸钠-明胶双网络水凝胶基质前驱体制备而成。
6.一种采用海藻酸钠-明胶双网络水凝胶基质前驱体制备的生物体支架，其特征在于，生物体支架的制备方法如下：
S1.原材料的加工：采用甲基丙烯酸酐双键修饰明胶，明胶与甲基丙烯酸酐的摩尔比为1：1～1：5，得到双键修饰的明胶；采用甲基丙烯酸酐修饰海藻酸钠，海藻酸钠与甲基丙烯酸酐的摩尔比为1：1～1：5，得到双键修饰的海藻酸钠；
S2.原料混合：将得到的双键修饰的明胶和得到的双键修饰的海藻酸钠与蓝紫外光引发剂及细胞悬液于40℃～60℃下加热混合均匀，配制成水凝胶基质前驱体；
各组分组成以及各组分与水的质量比如下：
双键修饰的明胶5%～20%；
双键修饰的海藻酸钠1%～10%；
蓝紫外光引发剂 0.05%～0.1%；
细胞浓度 1×106 ～4×106CFU/mL；
采用打印机打印，将打印好的水凝胶基质前驱体，放置于紫外交联仪中进行紫外固化，得到的生物体支架。
Priority Applications (1)
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| GelMA复合凝胶的挤出式3D打印工艺及其性能研究;顾恒等;《机械工程学报》;20200131(第01期);第196-204页 * |
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