CN113181419B - 一种由3d生物打印技术制备的新型复合水凝胶支架及其应用 - Google Patents

一种由3d生物打印技术制备的新型复合水凝胶支架及其应用 Download PDF

Info

Publication number
CN113181419B
CN113181419B CN202110310261.3A CN202110310261A CN113181419B CN 113181419 B CN113181419 B CN 113181419B CN 202110310261 A CN202110310261 A CN 202110310261A CN 113181419 B CN113181419 B CN 113181419B
Authority
CN
China
Prior art keywords
sodium alginate
gel
osa
novel composite
composite 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.)
Active
Application number
CN202110310261.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113181419A (zh
Inventor
李燕
谢伟柯
崔镇华
臧宏运
林钊溢
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.)
Sun Yat Sen University
Original Assignee
Sun Yat Sen University
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 Sun Yat Sen University filed Critical Sun Yat Sen University
Priority to CN202110310261.3A priority Critical patent/CN113181419B/zh
Publication of CN113181419A publication Critical patent/CN113181419A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113181419B publication Critical patent/CN113181419B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS 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
    • A61L26/00Chemical aspects of, or use of materials for, wound dressings or bandages in liquid, gel or powder form
    • A61L26/0009Chemical aspects of, or use of materials for, wound dressings or bandages in liquid, gel or powder form containing macromolecular materials
    • A61L26/0023Polysaccharides
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS 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
    • A61L26/00Chemical aspects of, or use of materials for, wound dressings or bandages in liquid, gel or powder form
    • A61L26/0004Chemical aspects of, or use of materials for, wound dressings or bandages in liquid, gel or powder form containing inorganic materials
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS 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
    • A61L26/00Chemical aspects of, or use of materials for, wound dressings or bandages in liquid, gel or powder form
    • A61L26/0009Chemical aspects of, or use of materials for, wound dressings or bandages in liquid, gel or powder form containing macromolecular materials
    • A61L26/0028Polypeptides; Proteins; Degradation products thereof
    • A61L26/0038Gelatin
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS 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
    • A61L26/00Chemical aspects of, or use of materials for, wound dressings or bandages in liquid, gel or powder form
    • A61L26/0009Chemical aspects of, or use of materials for, wound dressings or bandages in liquid, gel or powder form containing macromolecular materials
    • A61L26/0028Polypeptides; Proteins; Degradation products thereof
    • A61L26/0047Specific proteins or polypeptides not covered by groups A61L26/0033 - A61L26/0042
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS 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
    • A61L26/00Chemical aspects of, or use of materials for, wound dressings or bandages in liquid, gel or powder form
    • A61L26/0061Use of materials characterised by their function or physical properties
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS 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
    • A61L26/00Chemical aspects of, or use of materials for, wound dressings or bandages in liquid, gel or powder form
    • A61L26/0061Use of materials characterised by their function or physical properties
    • A61L26/008Hydrogels or hydrocolloids
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS 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
    • A61L26/00Chemical aspects of, or use of materials for, wound dressings or bandages in liquid, gel or powder form
    • A61L26/0061Use of materials characterised by their function or physical properties
    • A61L26/009Materials resorbable by the body
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE 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
    • B33Y70/00Materials specially adapted for additive manufacturing
    • B33Y70/10Composites of different types of material, e.g. mixtures of ceramics and polymers or mixtures of metals and biomaterials
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08BPOLYSACCHARIDES; DERIVATIVES THEREOF
    • C08B37/00Preparation of polysaccharides not provided for in groups C08B1/00 - C08B35/00; Derivatives thereof
    • C08B37/006Heteroglycans, i.e. polysaccharides having more than one sugar residue in the main chain in either alternating or less regular sequence; Gellans; Succinoglycans; Arabinogalactans; Tragacanth or gum tragacanth or traganth from Astragalus; Gum Karaya from Sterculia urens; Gum Ghatti from Anogeissus latifolia; Derivatives thereof
    • C08B37/0084Guluromannuronans, e.g. alginic acid, i.e. D-mannuronic acid and D-guluronic acid units linked with alternating alpha- and beta-1,4-glycosidic bonds; Derivatives thereof, e.g. alginates
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS 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
    • A61L2300/00Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices
    • A61L2300/40Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices characterised by a specific therapeutic activity or mode of action
    • A61L2300/412Tissue-regenerating or healing or proliferative agents

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Materials For Medical Uses (AREA)

Abstract

本发明公开了一种由3D生物打印技术制备的新型复合水凝胶支架及其应用。其以氧化海藻酸钠和海藻酸钠为基底、以明胶和氯化钙作为交联剂、以碳酸钙微粒作为稳定剂。该复合支架表面粗糙,利于细胞黏附,具有大小均一的连通孔洞结构,显著促进创面愈合效果,具有良好的降解速率且降解速率可与组织再生速率相匹配。创面愈合初期,支架迅速吸收组织液,覆盖并填充创面,为细胞提供与体内细胞外基质相似的微环境;多孔的支撑结构诱导组织细胞在支架内部平行增殖,加快胶原蛋白沉积,构建完整的营养物质供应平台。创面愈合后期,由于支架含有氧化海藻酸钠,其降解过程促进了随后皮肤组织在支架内部的沉积及组织细胞的增殖,加快愈合速度,减少疤痕形成。

Description

一种由3D生物打印技术制备的新型复合水凝胶支架及其应用
技术领域
本发明涉及3D生物打印技术领域及创面愈合领域,具体地,涉及一种由3D生物打印技术制备的新型复合水凝胶支架及其应用。
背景技术
糖尿病(DM)发病率高,糖尿病足溃疡(DFU)是其最主要并发症之一,创面往往在愈合初始受到阻碍,逐渐转为慢性难愈合创面,若不及时治疗可能导致截肢和死亡。针对糖尿病创面,临床上常选择多种新型湿性敷料对创面进行分段治疗,如薄膜敷料、藻酸盐敷料与水凝胶敷料相结合等。如果皮肤缺失较严重,还需进行人工植皮。尽管以上治疗手段取得一定效果,但皮肤代替物价格昂贵,目前已有敷料促进创面愈合,但是效果有限。
糖尿病创面愈合不同于正常皮肤创面愈合,长期高血糖导致能量物质代谢异常,引起细胞信号传导中断,胶原蛋白生成转化减少,使创面长期处于炎症状态无法进入下一阶段。糖尿病创面还存在缺氧、血管再生异常、细胞外基质沉积和重塑受阻,导致创面愈合速度慢或不愈合。而目前的水凝胶支架多为片层结构,与创面贴合较差,不具有良好的生物降解性,机械性能差,内部微孔结构较少,无法为细胞提供与体内ECM相似的微环境,营养物质供应不足,细胞增殖和组织新生有限,导致与创面新生组织整合较弱,未能显著促进创面愈合。市面上最常用的片状水凝胶敷料(如:东威高、丹麦康乐保厂家的水凝胶敷料)为单层薄膜结构图如1,虽然含水量大,可维持创面湿润环境,但敷料不具有内部微孔三维结构,不利于营养物质传输,且在体内不可降解,无法保证敷料与创面紧密贴合,只能用于自溶性清创,功能较为单一。
CN201810707697.4公开了一种促进慢性创面愈合的抗菌自愈合水凝胶辅料及其制备方法和应用,但是其需要负载外泌体,才能达到促进创面修复的自愈合的效果。而外泌体高效提取、分离和完整制约基于外泌体在临床上的使用。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的上述不足,提供一种由3D生物打印技术制备的新型复合水凝胶支架及其应用。
本发明的第一个目的是提供一种由3D生物打印技术制备的新型复合水凝胶支架。
本发明的第二个目的是提供一种由3D生物打印技术制备的新型复合水凝胶支架的制备方法。
本发明的第三个目的是提供所述的制备方法制备得到的由3D生物打印技术制备的新型复合水凝胶支架。
本发明的第四个目的是提供所述的由3D生物打印技术制备的新型复合水凝胶支架在制备创面敷料中的应用。
为了实现上述目的,本发明是通过以下方案予以实现的:
本发明利用3D生物打印技术制备新型复合水凝胶支架,以氧化海藻酸钠和海藻酸钠为基底、以明胶和氯化钙作为交联剂、以碳酸钙微粒作为稳定剂。本发明所述的复合水凝胶支架具有多重交联网络结构,支架表面粗糙,利于细胞黏附,且具有大小均一的连通孔洞结构,同时支架具有良好的吸水溶胀性。另外所述的复合水凝胶支架运用于糖尿病大鼠创面时,支架为干燥状态时能快速吸收组织渗出液,恢复至水凝胶状态时能填补伤口床空腔,在体内具有良好的生物相容性。在创面愈合初期,支架可为细胞提供与体内细胞外基质相似的微环境,为新生组织提供支撑和生长空间,引导细胞增殖沉积,利于营养物质传输,促进血管再生;在创面愈合后期,由于支架含有氧化海藻酸钠,其可在体内逐渐降解,降解速率基本与组织再生速率相匹配,为新生组织腾出空间,加速伤口愈合。
本发明要求保护一种由3D生物打印技术制备的新型复合水凝胶支架,含有氧化海藻酸钠(OSA)、海藻酸钠(SA)、明胶(Gel)、氯化钙与碳酸钙微粒。
其中,所述新型复合水凝胶支架以氧化海藻酸钠和海藻酸钠为基底、以明胶和氯化钙作为交联剂、以碳酸钙微粒作为稳定剂。
优选地,含有氧化海藻酸钠1~5%(w/v)、海藻酸钠1~5%(w/v)、明胶1~5%(w/v)、碳酸钙微粒1~5%(w/v)和CaCl2 0.05~0.10%(w/v)。
最优选地,含有氧化海藻酸钠1%(w/v)、海藻酸钠1%(w/v)、明胶2%(w/v)、碳酸钙微粒1%(w/v)和CaCl2 0.066%(w/v)。优选地,所述氧化海藻酸钠(OSA)由高碘酸氧化海藻酸钠进行改性,并用乙醇沉淀得到。
更优选地,氧化海藻酸钠的制备方法为:0.5~2%(w/v)海藻酸钠溶液与0.125~0.5M高碘酸溶液混合,避光充分反应后,与乙二醇和NaCl混合,用过量乙醇沉淀,收集沉淀物溶解于蒸馏水,再用过量乙醇沉淀,收集沉淀物冻干,即得,其中,海藻酸钠溶液、高碘酸溶液、乙二醇和NaCl的用量比为50~200mL:0.5~2mL:3~5mL:1.5~3.5g。
进一步优选地,氧化海藻酸钠的制备方法为:1%(w/v)海藻酸钠溶液与0.25M高碘酸溶液混合,避光充分反应后,与乙二醇和NaCl混合,用过量乙醇沉淀,收集沉淀物溶解于蒸馏水,再用过量乙醇沉淀,收集沉淀物冻干,即得,其中,海藻酸钠溶液、高碘酸溶液、乙二醇和NaCl的用量比为100mL:1mL:4mL:2.5g。
优选地,其特征在于,CaCO3微球由共沉淀法经酪蛋白改性制备得到。
更优选地,含有40~60mM Na2CO3和酪蛋白和6~10mg/mL酪蛋白的混合溶液边充分搅拌,边与40~60mM的CaCl2溶液的等体积混合,充分搅拌并反应后取沉淀物,冻干即得。
进一步优选地,含有50mM Na2CO3和酪蛋白和8mg/mL酪蛋白的混合溶液边充分搅拌,边与50mM的CaCl2溶液的等体积混合,充分搅拌并反应后取沉淀物,冻干即得。
本发明还要求保护由3D生物打印技术制备的新型复合水凝胶支架的制备方法,包括以下步骤:
S1.将氧化海藻酸钠与明胶混合,反应,得到OSA/Gel溶液;
S2.将海藻酸钠与明胶混合,反应,得到SA/Gel溶液;
S3.将步骤S1得到的OSA/Gel溶液与步骤S2得到的SA/Gel溶液混合,得到OSA/SA/Gel混合液;
S4.将含有CaCO3微粒的悬浊液充分混匀,加入步骤S3得到的OSA/SA/Gel混合液,使得CaCO3微粒分散均匀,得到OSA/SA/Gel/CaCO3混合液;
S5.在充分搅拌的条件下,将CaCl2将步骤S4得到的OSA/SA/Gel/CaCO3混合液与CaCl2溶液混合,得到用于3D生物打印的生物墨水;
S6.将步骤S5得到的生物墨水进行3D生物打印墨水,即得。
优选地,步骤S1中,氧化海藻酸钠与明胶的用量的质量比为:1~5:1~5。
更优选地,步骤S1中,氧化海藻酸钠与明胶的用量的质量比为:1:1,OSA/Gel溶液中氧化海藻酸钠与明胶的浓度均为1~5%(w/v)。
进一步优选地,步骤S1中,氧化海藻酸钠与明胶的用量的质量比为:1:1,OSA/Gel溶液中氧化海藻酸钠与明胶的浓度均为4%(w/v)。
优选地,步骤S1中,1~10℃中24~48h进行共价凝胶化反应。
更优选地,步骤S1中,4℃中48h进行共价凝胶化反应。
优选地,步骤S2中,海藻酸钠与明胶的用量的质量比为:1~5:1~5。
更优选地,步骤S2中,海藻酸钠与明胶的用量的质量比为:1:1,SA/Gel溶液中海藻酸钠与明胶的浓度均为1~5%(w/v)。
进一步优选地,步骤S2中,海藻酸钠与明胶的用量的质量比为:1:1,SA/Gel溶液中海藻酸钠与明胶的浓度均为3.64%(w/v)。
优选地,步骤S2中,36~38℃恒温反应。
更优选地,步骤S2中,37℃恒温反应。
优选地,步骤S3中,步骤S1得到的OSA/Gel溶液与步骤S2得到的SA/Gel溶液用量的体积比为4~6:10~12。
更优选地,步骤S3中,步骤S1得到的OSA/Gel溶液与步骤S2得到的SA/Gel溶液用量的体积比为5:11。
优选地,步骤S4中,含有CaCO3微粒的悬浊液的浓度为100~150mg/mL,含有CaCO3微粒的悬浊液与步骤S3得到的OSA/SA/Gel混合液的用量的体积比为1:8~12。
更优选地,步骤S4中,含有CaCO3微粒的悬浊液的浓度为125mg/mL,含有CaCO3微粒的悬浊液与步骤S3得到的OSA/SA/Gel混合液的用量的体积比为1:10。
优选地,步骤S4中,1.5~2.5w hz超声5~15min使得CaCO3微粒分散均匀。
更优选地,步骤S4中,2w hz超声10min使得CaCO3微粒分散均匀。
优选地,步骤S5中,0.04~0.06M CaCl2溶液匀速滴加到步骤S4得到的OSA/SA/Gel/CaCO3混合液中,CaCl2溶液与OSA/SA/Gel/CaCO3混合液的用量的体积比为5~7:36~52。
更优选地,步骤S5中,0.05M CaCl2溶液匀速滴加到步骤S4得到的OSA/SA/Gel/CaCO3混合液中,CaCl2溶液与OSA/SA/Gel/CaCO3混合液的用量的体积比为6:44。
优选地,步骤S5中,800~1200rpm的高速充分搅拌。
更优选地,步骤S5中,1000rpm的高速充分搅拌。
本发明同时还要求保护一种由3D生物打印技术制备得到的水凝胶支架的制备方法。
优选地,步骤S6中,切片软件参数设置为层高0.15~0.20mm,填充率25~35%,喷嘴内径0.15~0.17mm。
更优选地,步骤S6中,切片软件参数设置为层高0.2mm,填充率30%,喷嘴内径0.16mm优选地,步骤S6中,打印速度为550~650mm/min,打印气压为55~65psi。
更优选地,步骤S6中,,打印速度为600mm/min,打印气压为60psi。
本发明还要求保护所述的制备方法制备得到的由3D生物打印技术制备的新型复合水凝胶支架。
本发明还要求保护所述的由3D生物打印技术制备的新型复合水凝胶支架在制备创面敷料中的应用。
本发明还要求保护所述的复合水凝胶支架在制备创面敷料中的应用。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
本发明制备得到的复合水凝胶支架,表面粗糙,利于细胞黏附,且具有大小均一的连通孔洞结构本发明制备得到的复合水凝胶支架可显著促进创面愈合效果,具有良好的支架降解速率且降解速率可与组织再生速率相匹配。在创面愈合初期,支架可迅速吸收组织液,覆盖并填充创面,可为细胞提供与体内细胞外基质相似的微环境;其多孔的支撑结构可诱导组织细胞在支架内部平行增殖,加快胶原蛋白沉积,构建完整的营养物质供应平台。在创面愈合后期,由于支架含有氧化海藻酸钠,其逐渐降解过程促进了随后皮肤组织在支架内部的沉积及组织细胞的增殖,加快愈合速度,减少疤痕形成。
附图说明
图1为单层薄膜结构的片状水凝胶敷料。
图2为打印墨水制备过程及混合顺序。
图3为水凝胶支架宏观形貌图。
图4为水凝胶支架表面及截面SEM图像。
图5为水凝胶支架吸水溶胀前后对比。
图6为D0、D3、D7、D14时间点创面愈合图像。
图7为在第7天和第14天,两组创面新生组织的HE切片染色结果。
图8为对比例1制备得到的水凝胶支架。
图9为对比例2制备得到的水凝胶支架。
具体实施方式
下面结合说明书附图及具体实施例对本发明作出进一步地详细阐述,所述实施例只用于解释本发明,并非用于限定本发明的范围。下述实施例中所使用的试验方法如无特殊说明,均为常规方法;所使用的材料、试剂等,如无特殊说明,为可从商业途径得到的试剂和材料。
实施例1一种基于3D生物打印技术的新型复合水凝胶支架的制备方法
一、实验方法
本基于3D生物打印技术的新型复合水凝胶支架的制备方法如图2所示,具体步骤如下:
(1)利用高碘酸氧化制备氧化海藻酸钠:取1g海藻酸钠SA配成100mL 1%(w/v)溶液,与1mL 0.25M高碘酸溶液混合,避光搅拌反应24h后,加入4mL乙二醇与2.5g NaCl,再用过量乙醇沉淀。将离心收集的沉淀物重新溶解于蒸馏水中,并再次用乙醇沉淀,最后将沉淀物冻干,即可获得氧化海藻酸钠OSA。
(2)共沉淀法制备碳酸钙微粒:将Na2CO3粉末0.106g和酪蛋白粉末0.160g溶于20mL去离子水中,得到Na2CO3和酪蛋白终浓度分别为50mM和8mg/mL的混合溶液;将CaCl2粉末0.111g溶于20mL去离子水中制备50mM的CaCl2溶液;取20mLNa2CO3和酪蛋白浓度分别为50mM、8mg/ml的的混合溶液加入100mL烧杯中,以600rpm搅拌使其分布均匀,同时匀速加入浓度为50mM的CaCl2溶液20mL,继续以600rpm搅拌。搅拌20min后,得到浓度为2.5mg/mL的CaCO3悬浊液,通过冷冻干燥后得到CaCO3微粒。
(3)利用交叉混合法制备生物墨水:
①称取OSA粉末0.4g和明胶Gel粉末0.4g分别溶解于10mL去离子水中,将其置于4℃冰箱中48h,进行共价凝胶化反应后,可得到终浓度为4%(w/v)且混合均匀的OSA/Gel溶液;
②称取海藻酸钠SA粉末0.05g和Gel粉末0.05g共同溶于2.75mL去离子水中,并且进行37℃恒温磁力搅拌,得到终浓度为约3.64%(w/v)的SA/Gel混合液;
③取4℃凝胶化的4%OSA/Gel溶液1.25mL与步骤(2)的2.75mL SA/Gel混合液进行混合,用37℃恒温磁力搅拌2h,得到OSA/SA/Gel混合液;
④将CaCO3微粒50mg溶于0.4mL去离子水中,待CaCO3分散均匀后,将CaCO3悬液加入到4mL步骤③的OSA/SA/Gel混合液中,2w hz超声10min,使CaCO3微粒分散均匀,配制OSA/SA/Gel/CaCO3混合液;
⑤用移液枪准确吸取浓度为0.05M的CaCl2溶液0.6mL。在1000rpm的高速搅拌下,将CaCl2溶液匀速滴加到OSA/SA/Gel/CaCO3混合液中,得到OSA和SA总浓度为2%(w/v)(其中,OSA和SA的浓度均为1%(w/v))CaCO3浓度为1%(w/v),明胶浓度为2%(w/v),且CaCl2浓度为0.066%(w/v)的生物墨水;
⑥将生物墨水保存在4℃冰箱中备用。
(4)水凝胶支架打印过程:
①使用3Ds MAX软件设计一个正方形模型(25mm×25mm×0.2mm),保存为STL文件;
②使用Simplify 3D软件将正方形模型进行切片分层,切片软件参数设置为层高0.2mm,填充率30%,喷嘴内径0.16mm,切片成功后导出为G格式文件;
③将装有生物墨水的注射器安装至3D生物打印机上,将G格式文件加载至打印软件上,进行设备校准;
④将打印速度固定为600mm/min,打印气压设置为60psi,室温下在60mm培养皿上开始打印支架;
⑤支架打印完毕,立即取0.5M CaCl2溶液2mL加入培养皿中,与支架交联固化30min,得到稳定性良好的水凝胶支架(OSA-SA-Gel-C支架)。
二、实验结果
制备得到的水凝胶支架宏观形貌图如图3所示,水凝胶支架的线条连贯性好、尺寸均一,无断裂现象,微孔孔径约为300μm~500μm,该尺寸比较适合组织细胞生长。
实施例2水凝胶支架的特性
一、扫描电子显微镜分析
1、实验方法
使用SEM观察实施例1制备得到的支架表面形貌、支柱截面形貌等。
2、实验结果
SEM图像显示了按设计图案打印的水凝胶支架整体及微观结构和放大倍数的截面微观结构(如图4)。CaCO3微球均匀充满于水凝胶支架,并在支架表面均匀分散。截面图像表明,支架内部具有多孔且三维连通的微孔结构,利于物质交换。
二、慢性创面pH对水凝胶支架的影响
水凝胶支架在pH 6.4PBS缓冲液(由于慢性创面pH在5.5~6.5范围内,pH值为6.4用于模拟创面微环境)孵育48h,追踪水凝胶支架形貌的变化趋势。如图5。水凝胶支架的线条直径与孔面积在24h之内基本处于稳定状态,而在24h之后其微孔结构变化趋势较小。
实施例3水凝胶支架对于慢性创面的影响作用
一、支架在体内创面上的大体观察
1、实验方法
将干燥无菌的实施例1制备得到的支架敷在创面上,在手术当天和第二天,观察支架在创面上变化。
2、实验结果
水凝胶支架可根据不同创面自由剪裁,支架的微孔结构仍保持完整。当干燥的支架敷在创面时,支架能快速吸取创面渗出液,恢复至水凝胶状态,形成湿润微环境,利于成纤维细胞快速迁移、增殖,加快伤口愈合。术后第二天,水凝胶状态下的支架既可填补伤口床空腔,又可维持其微孔结构,不影响氧气和营养物质输送。
二、支架促进慢性创面快速愈合
1、实验方法
取SPF级雄性SD大鼠(约8周龄,体重范围为250-300g)12只,置于SPF级动物房喂养,保证饲料和饮水充足,造模前每天测定大鼠体重,并以尾静脉血液的血糖值为每只大鼠的血糖参考值。若大鼠连续三天血糖值≤8.9mmol/L,可进行建模。首先将大鼠禁食12h以上。禁食完毕后,将新鲜配制的1%STZ溶液以50mg/kg的剂量对大鼠进行腹腔注射,诱导Ⅰ型糖尿病。注射后对大鼠进行静脉采血测定血糖。若连续三天大鼠血糖值≥16.7mmol/L,则为Ⅰ型糖尿病大鼠造模成功。
同一只大鼠设置两个创面,一个创面敷OSA-SA-Gel-C支架,另外一个创面为对照空白(Control)。对比各个时间点两个创面的愈合情况及切片染色结果。
2、实验结果
创面愈合效果如图6。在建模成功当天,将干燥无菌的支架敷在创面时,支架可快速吸取创面渗出液。在术后D3天,可明显观察到OSA-SA-Gel-C支架组的创面开始收缩,创面收缩率在40%~60%,创面处无坏死组织,一直保持湿润环境,避免形成干痂。在术后D7天,空白对照组可见创面处有炎症组织,而OSA-SA-Gel-C支架组则表皮收缩明显。在术后D14天,OSA-SA-Gel-C支架组创面基本已经闭合,皮肤表面比较光滑,可见疤痕较少。如图7所示,OSA-SA-Gel-C支架组创面上皮化的速率最快。因此,以上结果表明OSA-SA-Gel-C支架组比对照组具有更好的促进创面愈合效果。
对比例1
一、实验方法
在同一打印平台,设置相同的挤出压力、打印速度、模型填充率等参数,选择相同规格的打印喷嘴针头,将氧化海藻酸钠10%(w/v)、海藻酸钠10%(w/v)、明胶20%(w/v)、碳酸钙微粒10%(w/v)和CaCl2 0.01M四种组分同时混合,制备成打印墨水,利用3D生物打印技术制备得到水凝胶支架,观察水凝胶支架的宏观形貌。
二、实验结果
结果如图8(最左和中间)所示,制备得到的水凝胶支架形貌不规整、孔洞线条不清晰,部分空洞连接形成实心结构现象。而实施例1制备得到的水凝胶支架(图7最右)形貌整体较为规整,线条均匀清晰且具有良好的孔洞贯通性。
对比例2
一、实验方法
在同一打印平台,设置相同的挤出压力、打印速度、模型填充率等参数,选择相同规格的打印喷嘴针头,利用3D生物打印技术将OSA、SA、Gel、CaCO3四种组分的生物打印墨水按照实施例1的用量,直接混匀打印在0.5M CaCl2溶液中,观察水凝胶支架的宏观形貌。
二、实验结果
实施例1是在打印之前将CaCl2溶液加入混合液中进行交联后再打印。本对比例2将混合液直接打印在CaCl2溶液中。结果如图9所示,打印墨水直接打印在CaCl2溶液时,水凝胶支架难以保持其完整的三维结构。而实施例1制备得到的水凝胶支架采用先打印完整结构的水凝胶支架,再添加CaCl2溶液进一步交联,可维持水凝胶支架的初始结构。
最后所应当说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制,对于本领域的普通技术人员来说,在上述说明及思路的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动,这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种由3D生物打印技术制备的新型复合水凝胶支架的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1.将氧化海藻酸钠与明胶混合,反应,得到OSA/Gel溶液;
S2.将海藻酸钠与明胶混合,反应,得到SA/Gel溶液;
S3.将步骤S1得到的OSA/Gel溶液与步骤S2得到的SA/Gel溶液混合,得到OSA/SA/Gel混合液;
S4.将含有CaCO3微粒的悬浊液充分混匀,加入步骤S3得到的OSA/SA/Gel混合液,使得CaCO3微粒分散均匀,得到OSA/SA/Gel/CaCO3混合液;
S5.在充分搅拌的条件下,将步骤S4得到的OSA/SA/Gel/CaCO3混合液与CaCl2溶液混合,得到用于3D生物打印的生物墨水;
S6.将步骤S5得到的生物墨水进行3D生物打印,即得;
S7.将打印得到的水凝胶支架加入氧化钙溶液中交联固化。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤S6中,切片软件参数设置为层高0.15~0.20mm,填充率25~35%,喷嘴内径0.15~0.17mm。
3.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,步骤S6中,打印速度为550~650mm/min,打印气压为55~65psi。
4.权利要求1所述的制备方法制备得到的由3D生物打印技术制备的新型复合水凝胶支架。
5.根据权利要求4所述的新型复合水凝胶支架,其特征在于,含有氧化海藻酸钠、海藻酸钠、明胶、氯化钙与碳酸钙微粒。
6.根据权利要求5所述的新型复合水凝胶支架,其特征在于,含有氧化海藻酸钠1~5%(w/v)、海藻酸钠1~5%(w/v)、明胶1~5%(w/v)、碳酸钙微粒1~5%(w/v)和CaCl2 0.05~0.10%(w/v)。
7.根据权利要求5所述的由3D生物打印技术制备的新型复合水凝胶支架,其特征在于,所述氧化海藻酸钠由高碘酸氧化海藻酸钠进行改性,并用乙醇沉淀得到。
8.根据权利要求5所述的由3D生物打印技术制备的新型复合水凝胶支架,其特征在于,CaCO3微球由共沉淀法经酪蛋白改性制备得到。
9.根据权利要求5到8任一所述的由3D生物打印技术制备的新型复合水凝胶支架,其特征在于,含有氧化海藻酸钠1%(w/v)、海藻酸钠1%(w/v)、明胶2%(w/v)、碳酸钙微粒1%(w/v)和CaCl2 0.066%(w/v)。
10.权利要求4所述的由3D生物打印技术制备的新型复合水凝胶支架在制备创面敷料中的应用。
CN202110310261.3A 2021-03-23 2021-03-23 一种由3d生物打印技术制备的新型复合水凝胶支架及其应用 Active CN113181419B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110310261.3A CN113181419B (zh) 2021-03-23 2021-03-23 一种由3d生物打印技术制备的新型复合水凝胶支架及其应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110310261.3A CN113181419B (zh) 2021-03-23 2021-03-23 一种由3d生物打印技术制备的新型复合水凝胶支架及其应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113181419A CN113181419A (zh) 2021-07-30
CN113181419B true CN113181419B (zh) 2022-08-02

Family

ID=76973708

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110310261.3A Active CN113181419B (zh) 2021-03-23 2021-03-23 一种由3d生物打印技术制备的新型复合水凝胶支架及其应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113181419B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114081998A (zh) * 2021-11-24 2022-02-25 常州市第二人民医院 皮肤支架及其制备方法
CN114404666B (zh) * 2022-01-28 2022-12-27 南京鼓楼医院 一种用于创面修复的原位打印支架及其制备方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013025763A2 (en) * 2011-08-15 2013-02-21 President And Fellows Of Harvard College Tissue engineering using injectable, oxidized alginate hydrogels
CN102417734B (zh) * 2011-11-21 2013-07-24 东华大学 一种氧化海藻酸钠/明胶可降解水凝胶及其制备方法
CN103087334B (zh) * 2013-01-18 2014-07-23 西北师范大学 海藻酸钠-沙蒿胶复合水凝胶的制备方法
CN107050510A (zh) * 2017-06-14 2017-08-18 东华大学 一种海藻酸钠/明胶可注射双网络水凝胶及其制备和应用
CN107456602A (zh) * 2017-08-04 2017-12-12 北京化工大学常州先进材料研究院 一种全生物可降解短纤增强的医用水凝胶体敷料及其制备方法
CN108586829B (zh) * 2018-05-18 2019-12-03 北京化工大学 一种导电自愈合水凝胶及导电自愈合电路的制备方法
CN108686261B (zh) * 2018-05-25 2021-05-04 中山大学 一种利用冻干海藻酸钙/球霰石碳酸钙复合微球制备的敷料及其制备方法
CN110665063A (zh) * 2019-10-28 2020-01-10 中国人民解放军第四军医大学 3d生物打印墨水及其制备方法、组织工程支架及其制备方法
CN112089886A (zh) * 2020-09-22 2020-12-18 青岛大学 一种水凝胶及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN113181419A (zh) 2021-07-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhang et al. Layered nanofiber sponge with an improved capacity for promoting blood coagulation and wound healing
CN113181419B (zh) 一种由3d生物打印技术制备的新型复合水凝胶支架及其应用
JP5611978B2 (ja) 生体吸収性発泡組織ドレッシング
CN110665061A (zh) 一种脱细胞支架溶液-GelMA水凝胶复合材料及制备方法
Chopra et al. Strategies and therapies for wound healing: a review
CN101254313B (zh) 双层胶原-壳聚糖海绵支架的制备方法
CN112107731A (zh) 一种可注射双层载药骨软骨修复水凝胶支架及其制备方法
WO2022028244A1 (zh) 组织填充材料及其制备方法、组织工程支架和应用
CN113248736A (zh) 一种抗黏连水凝胶及制备方法与制备表皮创伤敷料的应用
CN108273131A (zh) 一种复合骨水泥、制备方法及其应用和一种骨修复材料
US20050025807A1 (en) Cured porous calcium phosphate material and uses thereof
CN109529126A (zh) 一种人工真皮及其制备方法
CN107519535B (zh) 可降解海藻酸钠/丝素双层皮肤组织工程支架材料及其制备方法
CN102552985A (zh) 一种丝素蛋白/磷酸钙骨水泥基多孔复合材料及其制备方法
CN112940304B (zh) 一种三维细胞培养支架、成纤维细胞凝胶及其制备方法
CN114474708A (zh) 一种用于压电促愈合型伤口敷料制备的3d打印技术
CN110464876B (zh) 一种负载生长因子细菌纤维素/生物陶瓷复合膜
CN110025830B (zh) 一种缓释抑菌型人工真皮模型及其构建方法
CN110179760B (zh) 一种负载rADSCs的明胶微球及其制备方法和应用
CN115804870B (zh) 一种微创注射生物支架及其制造方法与应用
CN113144275A (zh) 一种水凝胶粘合剂及其制备方法和应用
CN113041403B (zh) 一种骨修复n-HA/CS多孔支架及制备方法和应用
CN111956865B (zh) 一种神经保护材料、复层神经修复导管及其制备方法
JPWO2009122710A1 (ja) 医療用組成物
CN210056890U (zh) 一种柔性可折叠生物膜

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