CN115124804B - 一种组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例涉及一种组合物，所述组合物用作悬浮生物3D打印支持材料，包括丙三醇、丙烯酰二甲基牛磺酸铵及其共聚物和去离子水，所述丙三醇的质量体积比为0.5‑30％，所述丙烯酰二甲基牛磺酸铵及其共聚物的质量体积比为0.1％～20％。本发明实施例提出的组合物，能够用于悬浮生物3D打印，具有良好的支持性和适宜的流动性，抗剪切与愈合性能良好，能够使目标结构在打印过程中保持原位静止而不产生错位，保证打印结构的完整；并且，所述组合物透明度好，透光性能优良，不影响光固化材料的交联。同时，本悬浮材料具有良好的生物相容性，对细胞无毒副作用，适用于含细胞生物墨水的打印。
Description
技术领域
本发明属于生物3D打印技术领域，具体涉及一种组合物。
背景技术
生物3D打印是用于生物组织工程、药物检测、再生医学的重要增材制造技术。该技术通过使用生物3D打印机，对生物墨水或其他材料进行定位装配，最终组建具有生物医学功能或活性的生物结构体，制造组织器官、医疗器械与移植物等设备。
传统的生物3D打印技术通常在容器(例如培养皿或多孔板)底面的支撑下，自下而上进行打印，形成生物结构体。随着生物3D打印制造的生物结构体日趋复杂，传统的生物3D打印技术已经不能满足生物结构体的制造要求。
为了扩大生物3D打印技术的应用范围，悬浮生物3D打印技术被开发应用于这一领域，生物结构体在充满悬浮打印支持材料的容器中被构建，能够制造结构复杂的立体生物结构体，例如，血管及血管分支，带有腔室或复杂网格的器官或组织，细长或薄壁结构等复杂结构。作为一种新的生物3D打印方式，该技术具有巨大的发展潜力。悬浮生物3D打印技术中的一个关键在于悬浮打印支持材料，悬浮打印支持材料需具有适宜的支持力，确保打印结构在打印过程及取出前不发生形变及其他不利变化，并能够在打印结束后的适宜时间与打印结构相分离，还应具备剪切快速变稀，剪切停止后快速恢复的性能。
现有技术中常用的悬浮生物3D打印支持材料包括明胶、海藻酸、纳米粘土、普郎尼克等。这些材料存在较大缺陷：明胶、普郎尼克等为温敏材料，在打印过程中须严格控制温度，否则会造成材料的机械性能变化，影响打印效果；海藻酸为化学交联材料，对溶液成分要求高，若存在某些离子，会产生交联干扰，适用范围窄；纳米粘土为无机硅酸盐类，生物相容性差，不利于活细胞打印。综上所述，现有技术中尚缺乏悬浮支持性能好、生物相容性好、方便洗脱、适用范围广的用于悬浮生物3D打印的支持材料。
发明内容
为了解决上述技术问题中的至少一个，本发明实施例提出了一种组合物，所述组合物用作悬浮生物3D打印支持材料，其特征在于，所述组合物包括丙三醇、丙烯酰二甲基牛磺酸铵及其共聚物和去离子水，所述丙三醇的质量体积比为0.5-30％，所述丙烯酰二甲基牛磺酸铵及其共聚物的质量体积比为0.1％～20％，
所述丙三醇的质量体积比是指常温下丙三醇的质量与所述组合物的总体积之比，单位为g/mL；所述丙烯酰二甲基牛磺酸铵及其共聚物的质量体积比是指常温下丙烯酰二甲基牛磺酸铵及其共聚物的质量与所述组合物的总体积之比，单位为g/mL。
在一个实施例中，所述丙三醇的质量体积比为1-15％，所述丙烯酰二甲基牛磺酸铵及其共聚物的质量体积比为0.1％～10％。
在一个实施例中，所述丙三醇的质量体积比为5-8％，所述丙烯酰二甲基牛磺酸铵及其共聚物的质量体积比为0.1％～2％。
在一个实施例中，所述丙烯酰二甲基牛磺酸铵及其共聚物为丙烯酰二甲基牛磺酸铵/乙烯基吡咯烷酮共聚物、丙烯酰二甲基牛磺酸铵/乙烯甲酰胺共聚物、丙烯酰胺/丙烯酰基二甲基牛磺酸钠共聚物、丙烯酰二甲基牛磺酸铵/山嵛醇聚醚-25甲基丙烯酸酯交联聚合物中的一种或多种。
在一个实施例中，所述组合物还包括卡波姆，所述卡波姆的质量体积比为0.5-4％，所述卡波姆的质量体积比是指常温下卡波姆的质量与组合物的总体积之比，单位为g/mL。
在一个实施例中，所述卡波姆的质量体积比为0.7-1.2％。
在一个实施例中，所述卡波姆的质量体积比为0.9％。
在一个实施例中，所述卡波姆为Carbopol 940、Carbopol 941、Carbopol 934、Carbopol 1342、Carbopol 980、Carbopol ETD 2020、Carbopol AQUA SF-1、CarbopolUltrez 21、Carbopol Ultrez 20中的一种或多种。
本发明实施例的有益效果：本发明实施例提出的组合物，能够用于悬浮生物3D打印，具有良好的支持性和适宜的流动性，抗剪切与愈合性能良好，能够使目标结构在打印过程中保持原位静止而不产生错位，保证打印结构的完整；并且，所述组合物透明度好，透光性能优良，不影响光固化材料的交联。同时，本悬浮材料具有良好的生物相容性，对细胞无毒副作用，适用于含细胞生物墨水的打印。
附图说明
图1是本发明实施例的组合物的生物相容性测试结果对比图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进一步详细说明。但本领域技术人员知晓，本发明并不局限于附图和以下实施例。
本发明中，术语“质量体积比”是指常温下某组分的质量与组合物的总体积之比(m/v)，单位为g/mL。
组合物
本发明实施例提出了一种组合物，所述组合物用作悬浮生物3D打印支持材料，所述组合物包括丙三醇、丙烯酰二甲基牛磺酸铵及其共聚物和去离子水。所述组合物呈无色、淡黄色或红色，为透明至半透明的凝胶状物质，无刺激性气味。
具体的，根据本发明实施例的组合物，所述丙三醇的质量体积比为0.5％～30％，优选为1％～15％，更优选为5％～8％，所述丙三醇的质量体积比是指常温下丙三醇的质量与组合物的总体积之比，单位为g/mL。
所述丙三醇在组合物中一方面能起到增稠、降低流动性的作用，另一方面可以提高组合物的整体透明度，便于后期打印过程中观察及打印完成后光固化交联。
根据本发明实施例的组合物，所述丙烯酰二甲基牛磺酸铵及其共聚物的质量体积比为0.1％～20％，优选为0.1％～10％，更优选为0.1％～2％，所述丙烯酰二甲基牛磺酸铵及其共聚物的质量体积比是指常温下丙烯酰二甲基牛磺酸铵及其共聚物的质量与组合物的总体积之比，单位为g/mL。
所述丙烯酰二甲基牛磺酸铵及其共聚物优选的是丙烯酰二甲基牛磺酸铵/乙烯基吡咯烷酮共聚物、丙烯酰二甲基牛磺酸铵/乙烯甲酰胺共聚物、丙烯酰胺/丙烯酰基二甲基牛磺酸钠共聚物、丙烯酰二甲基牛磺酸铵/山嵛醇聚醚-25甲基丙烯酸酯交联聚合物中的一种或多种。在本发明的实施例中，所述丙烯酰二甲基牛磺酸铵及其共聚物可以采用单一型号，也可以采用多种不同型号混合的丙烯酰二甲基牛磺酸铵及其共聚物。
丙烯酰二甲基牛磺酸铵及其共聚物溶解性强，遇水溶解后长链结构打开，形成透明且具有一定粘弹性支撑结构，材料在紫外光线照射下或高剪切力下能维持组合物的静止状态，为打印的生物结构体提供悬浮支持性。同时，丙烯酰二甲基牛磺酸铵及其共聚物对电解质敏感，利用常用溶液如0.9％NaCl、PBS缓冲液等即可快速分解并去除悬浮胶材料，便于在生物结构体打印完成后快速去除悬浮支撑材料。
在一个优选实施方式中，根据对组合物的浓度需求，所述组合物还包括卡波姆。所述卡波姆的质量体积比为0.5-4％，优选为0.7-1.2％，更优选为0.9％，所述卡波姆的质量体积比是指常温下卡波姆的质量与组合物的总体积之比，单位为g/mL。
所述卡波姆可以为Carbopol 940、Carbopol 941、Carbopol 934、Carbopol 1342、Carbopol 980、Carbopol ETD 2020、Carbopol AQUA SF-1、Carbopol Ultrez 21、CarbopolUltrez 20中的一种或多种，不同型号的卡波姆具有不同的流变性能，可以适配不同的打印材料和打印速度。本发明实施例中，卡波姆既可以采用一种单一型号的卡波姆，也可以采用多种不同型号的卡波姆的混合物。
所述卡波姆在悬浮打印一些哺乳动物细胞时可作为助悬物加入，或因生物墨水流变性能的不同而按需加入。加入卡波姆通常会降低混合物的透明度，并增加粘稠度。
本发明实施例提出的组合物，能够用于悬浮生物3D打印，具有良好的支持性和适宜的流动性，抗剪切与愈合性能良好，能够使目标结构在打印过程中保持原位静止而不产生错位，保证打印结构的完整；并且，所述组合物透明度好，透光性能优良，不影响光固化材料的交联。同时，本悬浮材料具有良好的生物相容性，对细胞无毒副作用，适用于含细胞生物墨水的打印。
组合物的配制方法
在一个实施方式中，本发明实施例的组合物的配制方法，包括如下步骤：
-去离子水与丙三醇充分混合充分混合，使丙三醇在去离子水中均匀分布；
-含有丙三醇的去离子水溶液与丙烯酰二甲基牛磺酸铵及其共聚物充分混合，使丙烯酰二甲基牛磺酸铵及其共聚物均匀分布；
-当需要在组合物中加入卡波姆材料时，则最后加入卡波姆材料，以辅助其他组分充分混合。
特别的，当本发明实施例的组合物用于活细胞的悬浮生物3D打印时，配制组合物时应当避免污染，以致影响打印结果，配制时，应包括容器、材料的灭菌步骤，并且配制过程无菌操作。
组合物的使用方式
在打印目标生物结构体时，由前述组合物作为悬浮打印支持材料，将打印头置于组合物中，按照预设打印模式进行打印，在组合物中挤出生物墨水，使生物墨水逐渐堆积形成生物结构体；待生物墨水交联，形成稳定生物结构体。
组合物的洗脱方法
在打印的生物结构体形态稳定后，将生物结构体从组合物中取出，使用生理盐水或细胞培养基冲洗溶解生物结构体表面的组合物，清洗后的生物结构体放入细胞培养系统进行培养。
组合物的生物相容性
对本发明的用作悬浮生物3D打印支持材料的组合物进行生物相容性测试，在所述组合物中，所述丙三醇的质量体积比为7％，所述丙烯酰二甲基牛磺酸铵及其共聚物的质量体积比为1.6％，所述卡波姆的质量体积比为0.9％，其中，所述丙烯酰二甲基牛磺酸铵及其共聚物具体选取丙烯酰二甲基牛磺酸铵/乙烯甲酰胺共聚物。
称取1g所述组合物，加入20ml培养基(DMEM+10％FBS)，在37℃环境下浸泡24小时，制备材料浸提液，以制备的浸提液作为100％浓度组。另，通过加入不同体积的培养基，在相同条件下制备12.5％、25％、50％三个浓度的浸提液。
取状态良好的人肺癌细胞(A549)，铺96孔板，待细胞贴壁后，分别加入12.5％、25％、50％、100％浸提液，以单独使用培养基(DMEM+10％FBS)培养作为对照组，分别在24小时、48小时、72小时加入CCK8检测试剂测定各组细胞活力。
如图1所示的结果显示，作用24小时后，所有浸提液组细胞活力均高于75％，且随着培养时间延长，在72小时后所有浸提液组与对照组活力基本一致。
发明人采用其他浓度的组合物进行生物相容性测试，也能够得到基本相同的结果，尤其是在丙三醇的质量体积比为5-8％、丙烯酰二甲基牛磺酸铵及其共聚物的质量体积比为0.1％～2％以及使用卡波姆的情况下，效果更佳。
以上实验证明，本发明所制造材料的生物相容性良好，是一种理想的3D打印悬浮支持材料。
以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种组合物，所述组合物用作悬浮生物3D打印支持材料，其特征在于，所述组合物包括丙三醇、丙烯酰二甲基牛磺酸铵及其共聚物和去离子水，所述丙三醇的质量体积比为0.5-30％，所述丙烯酰二甲基牛磺酸铵及其共聚物的质量体积比为0.1％～20％，
所述丙烯酰二甲基牛磺酸铵及其共聚物为丙烯酰二甲基牛磺酸铵/乙烯基吡咯烷酮共聚物、丙烯酰二甲基牛磺酸铵/乙烯甲酰胺共聚物、丙烯酰胺/丙烯酰基二甲基牛磺酸钠共聚物、丙烯酰二甲基牛磺酸铵/山嵛醇聚醚-25甲基丙烯酸酯交联聚合物中的一种或多种，
所述丙三醇的质量体积比是指常温下丙三醇的质量与所述组合物的总体积之比，单位为g/mL；所述丙烯酰二甲基牛磺酸铵及其共聚物的质量体积比是指常温下丙烯酰二甲基牛磺酸铵及其共聚物的质量与所述组合物的总体积之比，单位为g/mL。
2.如权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述丙三醇的质量体积比为1-15％，所述丙烯酰二甲基牛磺酸铵及其共聚物的质量体积比为0.1％～10％。
3.如权利要求2所述的组合物，其特征在于，所述丙三醇的质量体积比为5-8％，所述丙烯酰二甲基牛磺酸铵及其共聚物的质量体积比为0.1％～2％。
4.如权利要求1-3之一所述的组合物，其特征在于，所述组合物还包括卡波姆，所述卡波姆的质量体积比为0.5-4％，所述卡波姆的质量体积比是指常温下卡波姆的质量与组合物的总体积之比，单位为g/mL。
5.如权利要求4所述的组合物，其特征在于，所述卡波姆的质量体积比为0.7-1.2％。
6.如权利要求5所述的组合物，其特征在于，所述卡波姆的质量体积比为0.9％。
7.如权利要求4所述的组合物，其特征在于，所述卡波姆为Carbopol 940、Carbopol941、Carbopol 934、Carbopol 1342、Carbopol 980、CarbopolETD 2020、Carbopol AQUASF-1、Carbopol Ultrez 21、Carbopol Ultrez 20中的一种或多种。
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