CN112743850A - 一种低温生物3d打印复合支架的制备方法 - Google Patents

一种低温生物3d打印复合支架的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112743850A
CN112743850A CN202011542185.0A CN202011542185A CN112743850A CN 112743850 A CN112743850 A CN 112743850A CN 202011542185 A CN202011542185 A CN 202011542185A CN 112743850 A CN112743850 A CN 112743850A
Authority
CN
China
Prior art keywords
temperature
solution
low
printing
biological
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.)
Granted
Application number
CN202011542185.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112743850B (zh
Inventor
张闯
吴斌
张祥林
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.)
Huazhong University of Science and Technology
Ezhou Institute of Industrial Technology Huazhong University of Science and Technology
Original Assignee
Huazhong University of Science and Technology
Ezhou Institute of Industrial Technology Huazhong University of Science and Technology
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 Huazhong University of Science and Technology, Ezhou Institute of Industrial Technology Huazhong University of Science and Technology filed Critical Huazhong University of Science and Technology
Priority to CN202011542185.0A priority Critical patent/CN112743850B/zh
Publication of CN112743850A publication Critical patent/CN112743850A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112743850B publication Critical patent/CN112743850B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/386—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B29C64/393—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C35/00—Heating, cooling or curing, e.g. crosslinking or vulcanising; Apparatus therefor
    • B29C35/16—Cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C37/00—Component parts, details, accessories or auxiliary operations, not covered by group B29C33/00 or B29C35/00
    • B29C37/0092—Drying moulded articles or half products, e.g. preforms, during or after moulding or cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/106—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/307—Handling of material to be used in additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C71/00—After-treatment of articles without altering their shape; Apparatus therefor
    • B29C71/0009—After-treatment of articles without altering their shape; Apparatus therefor using liquids, e.g. solvents, swelling agents
    • 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
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • 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
    • B33Y40/00—Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
    • B33Y40/20—Post-treatment, e.g. curing, coating or polishing

Abstract

本发明涉及一种低温生物3D打印复合支架的制备方法，属于3D打印技术领域；该方法包括：将聚己内酯溶解于溶剂中，获得聚己内酯溶液；获得生物活性材料溶液；采用多喷头3D打印设备，将所述聚己内酯溶液和所述生物活性材料溶液置于所述多喷头3D打印设备的不同喷头料腔进行低温生物3D打印，获得低温生物3D打印复合支架，其中，所述低温生物3D打印的打印条件包括：环境温度为10℃～35℃，低温成型平台温度为‑5℃～‑35℃。一方面，采用多喷头分离成型，可实现聚己内酯(pcl)和生物活性材料各自独立、完全分离；另一方面，实现了低温打印，避免熔融高温而导致热敏感的生物活性因子失活等。

Description

一种低温生物3D打印复合支架的制备方法
技术领域
本发明属于3D打印技术领域，特别涉及一种低温生物3D打印复合支架的制备方法。
背景技术
近年来，通过各种3D打印技术将生物材料构建成具有特定结构的多孔支架，植入病损部位辅助再生修复，是组织工程学研究的热点。在诸多生物材料中，PCL因其具有较好的可塑性、生物相容性和生物降解性，已被广泛应用于骨组织工程。
发明人在研究中发现，目前常用的生物3D打印pcl方法存在诸多问题：首先是仅使用pcl单一材料。Pcl是一种生物惰性材料，仅给组织提供了攀附生长的空间。虽然结果表明单一的pcl支架有一定的骨修复效果，但其仅实现了结构的仿生，弱化了种植细胞和生物因子的作用，无法实现病损组织的高效修复。
此外，也有大量专利致力于改变仅使用pcl的情况，将pcl与各种活性材料混合，将混合物放入单喷头3D打印机中打印。如pcl和壳聚糖混合、pcl和聚乳酸混合以及和其他各种生物材料混合制备复杂的复合材料。然而这种方式将打印模式限制在单喷头打印，复合材料的本质仍然是单一材料，仅可制备性质均匀的生物支架，临床应用中往往需要不同层不同性质的非均匀支架(如表面层需要抗菌性，内部层更期望促组织生长性)。混合材料单喷头打印无法实现定制化的选择性沉积，在支架的设计和成形上缺乏灵活性。
目前有学者提出将pcl与各种活性材料分离，使用多喷头打印技术打印，但是需要依靠熔融打印技术，熔融高温环境，不适用于含有热敏感的生物活性因子材料。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的低温生物3D打印复合支架的制备方法。
本发明实施例提供一种低温生物3D打印复合支架的制备方法，所述方法包括：
将聚己内酯溶解于溶剂中，获得聚己内酯溶液；
获得生物活性材料溶液；
采用多喷头3D打印设备，将所述聚己内酯溶液和所述生物活性材料溶液置于所述多喷头3D打印设备的不同喷头料腔进行低温生物3D打印，获得低温生物3D打印复合支架，其中，
所述低温生物3D打印的打印条件包括：环境温度为10℃～35℃，低温成型平台温度为-5℃～-35℃。
可选的，所述环境温度为15℃～30℃，所述低温成型平台温度为-10℃～-30℃。
可选的，所述聚己内酯溶液的质量百分浓度为35％～45％，所述聚己内酯溶液的粘度为10Pa.s～45Pa.s。
可选的，装有所述聚己内酯溶液的所述喷头料腔温度为25℃～37℃。
可选的，所述生物活性材料溶液包括如下一种：dSIS溶液、CTS溶液。
可选的，所述dSIS溶液的粘度为65Pa.s～75Pa.s，所述CTS溶液的粘度为55Pa.s～65Pa.s。
可选的，装有所述dSIS溶液的所述喷头料腔温度为24℃～28℃，装有所述CTS溶液的所述喷头料腔温度为24℃～28℃。
可选的，所述低温生物3D打印的打印条件还包括：
环境相对湿度为35％～50％，压缩空气气压为10KPa～150KPa，三维平台运动速度为3mm/s～20mm/s，打印层高为100μm～500μm。
可选的，所述方法还包括：
将所述低温生物3D打印复合支架进行冷冻干燥处理和固化处理；
所述冷冻干燥处理，具体包括：
将所述低温生物3D打印复合支架进行预冷处理，所述预冷处理的温度为-35℃～45℃，所述预冷处理的时间为25min～35min；
将预冷处理后的所述低温生物3D打印复合支架进行冷冻处理，所述冷冻处理的温度为-40℃～-60℃，所述冷冻处理的时间为1.5h～2.5h；
将冷冻处理后的所述低温生物3D打印复合支架进行冷冻干燥处理，所述冷冻干燥处理在真空条件下进行，所述冷冻干燥处理的温度为-40℃～-60℃，所述冷冻干燥处理的时间为22h～26h。
可选的，若所述生物活性材料溶液为dSIS溶液，所述固化处理的固化液组分包括：碳化二亚胺和N-羟基琥珀酰亚胺的水溶液；
若所述生物活性材料溶液为CTS溶液，所述固化处理的固化液包括：戊二醛水溶液。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明实施例提供的低温生物3D打印复合支架的制备方法，包括：将聚己内酯溶解于溶剂中，获得聚己内酯溶液；获得生物活性材料溶液；采用多喷头3D打印设备，将所述聚己内酯溶液和所述生物活性材料溶液置于所述多喷头3D打印设备的不同喷头料腔进行低温生物3D打印，获得低温生物3D打印复合支架，其中，所述低温生物3D打印的打印条件包括：环境温度为10℃～35℃，低温成型平台温度为-5℃～-35℃。一方面，采用多喷头分离成型，将聚己内酯(pcl)和生物活性材料是各自独立的，好处在于：1、可以实现pcl与其他生物活性材料的完全分离，可以制造要求支架各层性质不同的支架，在支架的设计、打印形状实现与成型上具有更高的灵活性；2、相较于共混等方式制造出的复合支架，由于不再需要多种材料共混，故可以成形低粘度的溶液；3、避免共混方法中的pcl和生物活性因子互相影响，造成诸如沉淀、积聚等问题，这样扩展了生物活性材料的选择范围。另一方面，采用低温打印，好处在于：1、无需熔融的高温，可以在溶液中添加一些对热敏感的生物活性因子，如抗菌肽、促血管生长因子等(熔融高温会使得这些生物因子失活)，有利于本技术的持续发展；2、低温与冷冻造成样品具有粗糙多孔的表面形貌，提供了更多的组织细胞攀附与生长点，对促进病损组织的高效修复具有积极意义。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明的实施例中低温生物3D打印复合支架的制备方法的流程图；
图2是本发明的实施例中低温生物3D打印路径示意图，其中，(a)为奇数层，(b)为为偶数层；
图3是本发明的实施例1中低温生物3D打印PCL-SIS复合支架的正面形貌的SEM图；
图4是本发明的实施例1中低温生物3D打印PCL-SIS复合支架的侧面形貌的SEM图；
图5是本发明的实施例2中低温生物3D打印PCL-壳聚糖复合支架的正面形貌的SEM图；
图6是本发明的实施例2中低温生物3D打印PCL-壳聚糖复合支架的侧面形貌的SEM图。
具体实施方式
下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。
在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
缩写名词解释：
dSIS是指：小肠粘膜下层脱细胞基质材料；
CTS是指：壳聚糖；
pcl是指：聚己内酯；
本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
根据本发明一种典型的实施方式，如图1所示，本发明实施例提供一种低温生物3D打印复合支架的制备方法，所述方法包括：
S1.将聚己内酯溶解于溶剂中，获得聚己内酯溶液；
S2.获得生物活性材料溶液；
S3.采用多喷头3D打印设备，将所述聚己内酯溶液和所述生物活性材料溶液置于所述多喷头3D打印设备的不同喷头料腔进行低温生物3D打印，获得低温生物3D打印复合支架，其中，所述低温生物3D打印的打印条件包括：环境温度为10℃～35℃，低温成型平台温度为-5℃～-35℃。
一方面，采用多喷头分离成型，将聚己内酯(pcl)和生物活性材料是各自独立的，好处在于：1、可以实现pcl与其他生物活性材料的完全分离，可以制造要求支架各层性质不同的支架，在支架的设计、打印形状实现与成型上具有更高的灵活性；2、相较于共混等方式制造出的复合支架，由于不再需要多种材料共混，故可以成形低粘度的溶液；
3、避免共混方法中的pcl和生物活性因子互相影响，造成诸如沉淀、积聚等问题，这样扩展了生物活性材料的选择范围。
另一方面，采用低温打印，好处在于：
1、无需熔融的高温，可以在溶液中添加一些对热敏感的生物活性因子，如抗菌肽、促血管生长因子等(熔融高温会使得这些生物因子失活)，有利于本技术的持续发展；2、低温与冷冻造成样品具有粗糙多孔的表面形貌，提供了更多的组织细胞攀附与生长点，对促进病损组织的高效修复具有积极意义。
作为一种优选的实施方式，所述环境温度为15℃～30℃，所述低温成型平台温度为-10℃～-30℃。
作为一种可选的实施方式，所述聚己内酯溶液的质量百分浓度为35％～45％，所述聚己内酯溶液的℃度为10Pa.s～45Pa.s
上述技术方案中，限定聚己内酯溶液的粘度为上述范围值是为了喷头挤出顺畅，丝径均匀，孔隙连通，支架易于成型，不易坍塌。
作为一种可选的实施方式，装有所述聚己内酯溶液的所述喷头料腔温度为25℃～37℃。
上述技术方案中，限定聚己内酯溶液的喷头料腔温度为25℃～37℃是为了保证材料的流动性，使挤出顺畅，喷头不易堵塞。同时考虑到聚己内酯溶液在实际应用中，可能会用于溶解各种生物因子或者细胞，故溶液必须保持一定温度，以免破坏生物因子或细胞的生物活性。
作为一种可选的实施方式，所述生物活性材料溶液包括如下一种：dSIS溶液、CTS溶液。
上述技术方案中，dsis是一种脱细胞的细胞外基质，本身是生物体的组成部分，它的主要成分是胶原蛋白和多糖，此外还包括多种生长因子，如促血管生长因子等。因此，dSIS具有良好的生物相容性，有利于细胞生长，对细胞的繁殖、生长都具有很积极的作用。
上述技术方案中，CTS是从甲壳类动物比如虾蟹身上提取出来的一种天然生物材料，具有很高的生物活性和生物相容性，很适合细胞生长。CTS具备亲水性，利于细胞粘附。CTS具有一定的抗菌性，加入CTS可以提高整个支架的抗菌能力和抗感染能力。
作为一种可选的实施方式，所述dSIS溶液的粘度为65Pa.s～70Pa.s，所述CTS溶液的粘度为55Pa.s～65Pa.s。
上述技术方案中，限定dSIS溶液和CTS溶液的粘度为上述范围值的积极作用为喷头挤出顺畅，丝径均匀，孔隙连通，支架易于成型，不易坍塌。
作为一种可选的实施方式，装有所述dSIS溶液的所述喷头料腔温度为24℃～28℃，装有所述CTS溶液的所述喷头料腔温度为24℃～28℃。
上述技术方案中，限定dSIS溶液和CTS溶液的喷头料腔温度为上述范围值的积极作用为喷头挤出顺畅，丝径均匀，孔隙连通，支架易于成型，不易坍塌。此外，从生物相容性角度来讲，CTS在实际应用中，可能会用于溶解各种生物因子或者细胞，故溶液必须保持一定温度，以免破坏生物因子或细胞的生物活性；dsis是一种脱细胞的细胞外基质，内含一定的生物因子，故应保持一定温度，避免其内的生物因子失去生物活性。
作为一种可选的实施方式，所述低温生物3D打印的打印条件还包括：
环境相对湿度为35％～50％，压缩空气气压为10KPa～150KPa，三维平台运动速度为3mm/s～20mm/s，打印层高为100μm～500μm。
对上述技术方案中的各参数予以说明：环境湿度：正常环境湿度；气压：气压是材料挤出的直接动力，必须在保持稳定的同时达到以下要求：不能过大导致材料挤出速率过大，以至于无法做出稀疏多孔结构，同时不能过小，否则易引起打印过程中出现断丝等状况，导致正在制作的式样报废；速度：气压和速度配合，保证式样的丝径和孔径符合需求；层高：层高直接影响成型质量，过低易导致打印过程中出现喷头断丝等情况，过高易导致打印过程中由于误差累计而出现某一层距离喷头过低，挤出的后续材料无法附着在已打印的支架上，导致式样报废。需指出的是：气压、运动速度、打印层高需同时考虑，同时设计，配合作用，才能获得所需尺寸和质量的支架。
作为一种可选的实施方式，所述方法还包括：
将所述低温生物3D打印复合支架进行冷冻干燥处理和固化处理；
所述冷冻干燥处理，具体包括：
将所述低温生物3D打印复合支架进行预冷处理，所述预冷处理的温度为-35℃～45℃，所述预冷处理的时间为25min～35min；
将预冷处理后的所述低温生物3D打印复合支架进行冷冻处理，所述冷冻处理的温度为-40℃～-60℃，所述冷冻处理的时间为1.5h～2.5h；
将冷冻处理后的所述低温生物3D打印复合支架进行冷冻干燥处理，所述冷冻干燥处理在真空条件下进行，所述冷冻干燥处理的温度为-40℃～-60℃，所述冷冻干燥处理的时间为22h～26h。
上述技术方案中，未经冷冻干燥处理支架会在离开低温环境后(如室温下)融化。冷冻干燥处理使得支架定型，不会在脱离低温环境后坍塌变形。作为一种可选的实施方式，若所述生物活性材料溶液为dSIS溶液，所述固化处理的固化液组分包括：碳化二亚胺和N-羟基琥珀酰亚胺的水溶液；
若所述生物活性材料溶液为CTS溶液，所述固化处理的固化液包括：戊二醛水溶液。
上述技术方案中，对制作完成的生物支架进行交联固化操作，目的是将支架定型，以便更好的储存和运输。未经过交联固化操作的支架在自然坏境中有溶解的风险。另外需说明的是：支架在人体内是会降解的，应和本段所述的自然环境下的溶解有所区分。选用不同的固化液的原因是dSIS和CTS本身属于不同类的物质：碳化二亚胺和N-羟基琥珀酰亚胺的水溶液是一种通用的交联剂，可以用于交联、固化蛋白质类生物材料。而戊二醛可用于交联多糖类物质。
下面将结合实施例、对照例及实验数据对本申请的低温生物3D打印复合支架的制备方法进行详细说明。
实施例1
一种PCL-dSIS复合组织工程支架的低温多喷头生物3D打印制备方法，即以PCL为支撑骨架，dSIS(小肠粘膜下层脱细胞基质)作为嵌套的生物活性材料。
(1)制备10ml 40wt％浓度的PCL/冰乙酸溶液：称取16g PCL，24g冰乙酸，加热搅拌6小时，水浴加热温度为55～65℃、转速为16；
(2)制备10ml dsis溶液：将2％(w/v)的dSIS与0.2％(w/v)的胃蛋白酶同时加入0.01M mol/L HCl溶液中，37℃下磁力搅拌24h，获得均匀溶液；
(3)将PCL/冰乙酸溶液和dSIS溶液进行离心去气泡操作，离心机转速2000n/s，时长3min。之后将PCL/冰乙酸溶液装入MAM喷头料腔，将dSIS溶液装入PAM喷头料腔，优选打印针头22G，dSIS溶液挤出气压5kPa，PCL溶液挤出速度为0.006mm/s，料腔温度37℃，环境温度25℃，低温成型平台温度-20℃，相对湿度40％～45％，三维平台运动速度8mm/s。样品打印路径如图1所示：左为奇数层，右为偶数层，先打印PCL再打印壳聚糖。PCL丝间距为800μm，壳聚糖丝间距为1600μm。复合支架外形尺寸15mm×15mm×10层，打印层高为800μm(丝间间隙)；
(4)将打印的复合支架置于-60℃环境中预冻2h，后冷冻干燥36～48h；
(5)进一步的，在4℃条件下，将干燥后的复合支架浸入含有质量分数1％碳化二亚胺(EDC)和0.25％N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)水溶液中30min以交联dSIS。将交联后的复合支架，用去离子水清洗干净后，再次重复步骤(4)，得到最终的干燥复合支架。
实施例2
一种PCL-CTS复合组织工程支架的低温多喷头生物3D打印制备方法，即以PCL为支撑骨架，CTS(壳聚糖)作为嵌套的生物活性材料。
(1)制备10ml 40wt％浓度的PCL/冰乙酸溶液：称取16g PCL，24g冰乙酸，加热搅拌3小时，水浴加热温度为60℃、转速为16：
(2)制备10ml壳聚糖溶液：用29.4g去离子水和0.63g乙酸(0.6mL)溶解1.8g壳聚糖进行溶液配制；
(3)将PCL/冰乙酸溶液和壳聚糖溶液进行离心去气泡操作，离心机转速2000n/s，时长3min。之后将PCL/冰乙酸溶液装入MAM喷头料腔，将壳聚糖溶液装入PAM喷头料腔，优选打印针头20G，料腔温度37℃，环境温度25℃，低温成型平台温度-20℃，相对湿度40～45％，压缩空气气压100KPa，三维平台运动速度20mm/s。样品打印路径如图1所示：左为奇数层，右为偶数层，先打印PCL再打印壳聚糖。PCL丝间距为800μm，壳聚糖丝间距为1600μm。复合支架外形尺寸15mm×15mm×10层，打印层高为800μm(丝间间隙)；
(4)制备固化溶液：在抽风箱内，将质量分数为25％的戊二醛水溶液1.6g滴入18.4g去离子水中制备20mL质量分数为2％的戊二醛水溶液；
(5)将打印的复合支架通过冷冻干燥技术干燥24小时；随后，在4℃条件下，将干燥后的复合支架浸泡在(4)中所获得的固化溶液中30分钟；将固化后的复合支架，用去离子水清洗干净后，再次通过冷冻干燥技术冻干24小时，得到最终的干燥复合支架。
相关实验：
对实施例1和实施例2制得的复合支架进行性能检测，检测结果分别如表1和表2所示。
实施例1检测方法为：
扫描电子显微镜、光学显微镜：检测表面形貌；
万用材料试验机：检测力学性能；
细胞染色实验：测试样品支架的生物相容性。
表1
Figure BDA0002854103990000081
实施例2检测方法为：
扫描电子显微镜：检测表面形貌。
吸水性实验：支架样品浸入装满蒸馏水试管3小时，测量实验前后支架样品的重量。
抗菌性实验：使用菌种：革兰氏阳性菌种和阴性菌种(St.aureus和E.coli)。接种菌种，在适宜的环境中培养24小时，然后测量各个样品的抗菌圈直径。
表2
Figure BDA0002854103990000091
附图的详细说明：
图2是本发明的实施例中低温生物3D打印路径示意图，其中，(a)为奇数层，(b)为为偶数层，3D打印时，先打印聚己内酯pcl层再打印生物活性材料层；
图3为实施例1中制备得到的PCL-SIS复合支架的正面形貌的SEM图，图4是实施例1中制备得到的PCL-SIS复合支架的侧面形貌的SEM图，从图3和图4可知，PCL-SIS复合支架的正面图：宏观上看，孔隙连通，丝径均匀，有利于细胞生长。微观上看，表面粗糙多孔，有利于细胞的附着、营养物质以及细胞代谢物的交换。PCL-SIS复合支架的侧面图可以看出支架没有坍塌，成形效果好，侧面图展示了纤维断面，可以清晰看到纤维的内部结构，纤维结构为实心的支架力学性能更好，不易变形。
图5是实施例2制备得到的PCL-壳聚糖复合支架的正面形貌的SEM图，图6是实施例2制备得到的PCL-壳聚糖复合支架的侧面形貌的SEM图，从图5和图6可知，PCL-壳聚糖复合支架的正面图：宏观上看，孔隙连通，丝径均匀，有利于细胞生长。微观上看，表面粗糙多孔，有利于细胞的附着、营养物质以及细胞代谢物的交换。PCL-壳聚糖复合支架的侧面图可以看出支架没有坍塌，成形效果好，侧面图展示了纤维断面，可以清晰看到纤维的内部结构，纤维结构为实心的支架力学性能更好，不易变形。
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种低温生物3D打印复合支架的制备方法，所述方法包括：
将聚己内酯溶解于溶剂中，获得聚己内酯溶液；
获得生物活性材料溶液；
采用多喷头3D打印设备，将所述聚己内酯溶液和所述生物活性材料溶液置于所述多喷头3D打印设备的不同喷头料腔进行低温生物3D打印，获得低温生物3D打印复合支架，其中，所述低温生物3D打印的打印条件包括：环境温度为10℃～35℃，低温成型平台温度为-5℃～-35℃。
2.根据权利要求1所述的一种低温生物3D打印复合支架的制备方法，其特征在于，所述环境温度为15℃～30℃，所述低温成型平台温度为-10℃～-30℃。
3.根据权利要求1所述的一种低温生物3D打印复合支架的制备方法，其特征在于，所述聚己内酯溶液的质量百分浓度为35％～45％，所述聚己内酯溶液的粘度为10Pa.s～45Pa.s。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种低温生物3D打印复合支架的制备方法，其特征在于，装有所述聚己内酯溶液的所述喷头料腔温度为25℃～37℃。
5.根据权利要求1所述的一种低温生物3D打印复合支架的制备方法，其特征在于，所述生物活性材料溶液包括如下一种：dSIS溶液、CTS溶液。
6.根据权利要求5所述的一种低温生物3D打印复合支架的制备方法，其特征在于，所述dSIS溶液的粘度为65Pa.s～75Pa.s，所述CTS溶液的粘度为55Pa.s～65Pa.s。
7.根据权利要求5所述的一种低温生物3D打印复合支架的制备方法，其特征在于，装有所述dSIS溶液的所述喷头料腔温度为24℃～28℃，装有所述CTS溶液的所述喷头料腔温度为24℃～28℃。
8.根据权利要求1所述的一种低温生物3D打印复合支架的制备方法，其特征在于，所述低温生物3D打印的打印条件还包括：
环境相对温度为35％～50％，压缩空气气压为10KPa～150KPa，三维平台运动速度为3mm/s～20mm/s，打印层高为100μm～500μm。
9.根据权利要求1所述的一种低温生物3D打印复合支架的制备方法，其特征在于，所述方法还包括：
将所述低温生物3D打印复合支架进行冷冻干燥处理和固化处理；
所述冷冻干燥处理，具体包括：
将所述低温生物3D打印复合支架进行预冷处理，所述预冷处理的温度为-35℃～45℃，所述预冷处理的时间为25min～35min；
将预冷处理后的所述低温生物3D打印复合支架进行冷冻处理，所述冷冻处理的温度为-40℃～-60℃，所述冷冻处理的时间为1.5h～2.5h；
将冷冻处理后的所述低温生物3D打印复合支架进行冷冻干燥处理，所述冷冻干燥处理在真空条件下进行，所述冷冻干燥处理的温度为-40℃～-60℃，所述冷冻干燥处理的时间为22h～26h。
10.根据权利要求9所述的一种低温生物3D打印复合支架的制备方法，其特征在于，
若所述生物活性材料溶液为dSIS溶液，所述固化处理的固化液组分包括：碳化二亚胺和N-羟基琥珀酰亚胺的水溶液；
若所述生物活性材料溶液为CTS溶液，所述固化处理的固化液包括：戊二醛水溶液。
CN202011542185.0A 2020-12-23 2020-12-23 一种低温生物3d打印复合支架的制备方法 Active CN112743850B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011542185.0A CN112743850B (zh) 2020-12-23 2020-12-23 一种低温生物3d打印复合支架的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011542185.0A CN112743850B (zh) 2020-12-23 2020-12-23 一种低温生物3d打印复合支架的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112743850A true CN112743850A (zh) 2021-05-04
CN112743850B CN112743850B (zh) 2022-11-22

Family

ID=75647359

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011542185.0A Active CN112743850B (zh) 2020-12-23 2020-12-23 一种低温生物3d打印复合支架的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112743850B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114103099A (zh) * 2021-11-24 2022-03-01 华中科技大学鄂州工业技术研究院 一种基于低温生物3d打印的聚乙内酯-水凝胶同轴支架制备方法
CN114228132A (zh) * 2021-12-20 2022-03-25 华中科技大学鄂州工业技术研究院 一种空心管结构聚乙内酯支架制备方法
CN115382023A (zh) * 2022-08-10 2022-11-25 北京积水潭医院 一种可用于低温沉积3d打印的脱细胞基质及其制备方法和应用

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105727368A (zh) * 2016-01-08 2016-07-06 深圳市第二人民医院 一种三维复合材料支架及其制备方法
CN108340571A (zh) * 2018-02-08 2018-07-31 华中科技大学鄂州工业技术研究院 一种多喷头协调生物3d打印成型方法
CN109366983A (zh) * 2018-09-29 2019-02-22 南昌大学 一种表面粗糙的聚己内酯支架的静电3d打印制备方法
CN110181806A (zh) * 2019-06-03 2019-08-30 北京科技大学 具有生物适配性的可降解水性聚氨酯的低温3d打印方法
CN111995793A (zh) * 2019-08-09 2020-11-27 四川大学华西医院 一种用于低温3d打印多孔聚己内酯支架的材料及打印方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105727368A (zh) * 2016-01-08 2016-07-06 深圳市第二人民医院 一种三维复合材料支架及其制备方法
CN108340571A (zh) * 2018-02-08 2018-07-31 华中科技大学鄂州工业技术研究院 一种多喷头协调生物3d打印成型方法
CN109366983A (zh) * 2018-09-29 2019-02-22 南昌大学 一种表面粗糙的聚己内酯支架的静电3d打印制备方法
CN110181806A (zh) * 2019-06-03 2019-08-30 北京科技大学 具有生物适配性的可降解水性聚氨酯的低温3d打印方法
CN111995793A (zh) * 2019-08-09 2020-11-27 四川大学华西医院 一种用于低温3d打印多孔聚己内酯支架的材料及打印方法

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114103099A (zh) * 2021-11-24 2022-03-01 华中科技大学鄂州工业技术研究院 一种基于低温生物3d打印的聚乙内酯-水凝胶同轴支架制备方法
CN114103099B (zh) * 2021-11-24 2023-09-19 华中科技大学鄂州工业技术研究院 一种基于低温生物3d打印的聚己内酯-水凝胶同轴支架制备方法
CN114228132A (zh) * 2021-12-20 2022-03-25 华中科技大学鄂州工业技术研究院 一种空心管结构聚乙内酯支架制备方法
CN114228132B (zh) * 2021-12-20 2023-09-19 华中科技大学鄂州工业技术研究院 一种空心管结构聚己内酯支架制备方法
CN115382023A (zh) * 2022-08-10 2022-11-25 北京积水潭医院 一种可用于低温沉积3d打印的脱细胞基质及其制备方法和应用
CN115382023B (zh) * 2022-08-10 2023-08-15 北京积水潭医院 一种可用于低温沉积3d打印的脱细胞基质及其制备方法和应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN112743850B (zh) 2022-11-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112743850B (zh) 一种低温生物3d打印复合支架的制备方法
KR100932688B1 (ko) 인공혈관용 이중막 구조의 튜브형 다공성 스캐폴드 및 그의제조방법
AU749041B2 (en) Biodegradable polymer scaffold
WO2017022750A1 (ja) 人工血管、人工血管の製造方法、及び、多孔質組織再生基材の製造方法
CN105457101B (zh) 一种三层结构小口径血管支架的制备方法
EP2266635A1 (en) Three-dimensional nanostructured hybrid scaffold and manufacture thereof
Zhang et al. A review of preparation methods of porous skin tissue engineering scaffolds
CN103057123A (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
KR101617434B1 (ko) 생분해성 생체고분자를 이용한 다층구조의 연골지지체 제조방법
CN103974727B (zh) 多孔组织支架
CN207785546U (zh) 一种组织工程软骨复合支架
CN103143062A (zh) 活性骨软骨一体化梯度支架三维可控的增量成形方法与成形系统
Taneja et al. Hydrogel based 3D printing: Bio ink for tissue engineering
KR20130120572A (ko) 세포가 포함된 다공성 3차원 구조체 및 이의 제조방법
WO2020174468A1 (en) 3d printed biodegradable implants
CN109196152A (zh) 细胞培养支架用纱线及包含其的织物
CN110420351A (zh) 一种3d打印柔性多孔支架材料及其制备方法
JP5769159B2 (ja) 複合多孔質足場材
CN109663148A (zh) 一种细胞外基质高分子材料生物复合血管
CN109224132A (zh) 多层复合腹壁修复补片支架及其制备方法
RU2568848C1 (ru) Трубчатый имплантат органов человека и животных и способ его получения
WO2018123307A1 (ja) 多孔質組織再生基材、人工血管、及びそれらの製造方法
CN114540275B (zh) 一种皮肤生物打印墨水及其制备方法与应用
CN103877623A (zh) 一种组织工程化的人工神经及其制备方法
CN107684637A (zh) 一种聚乳酸/羟基磷灰石/脱细胞羊膜复合支架及其构建方法

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
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant