CN115850729B - 光固化多孔水凝胶材料及其制备方法 - Google Patents
光固化多孔水凝胶材料及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115850729B CN115850729B CN202211031185.3A CN202211031185A CN115850729B CN 115850729 B CN115850729 B CN 115850729B CN 202211031185 A CN202211031185 A CN 202211031185A CN 115850729 B CN115850729 B CN 115850729B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- photo
- hydrogel
- curing
- hydrogel material
- photocurable
- 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
Links
- 239000000017 hydrogel Substances 0.000 title claims abstract description 186
- 238000000016 photochemical curing Methods 0.000 title claims abstract description 96
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 63
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 15
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims abstract description 34
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 33
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 7
- 230000009471 action Effects 0.000 claims abstract description 6
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 88
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 37
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 37
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 37
- 229920003171 Poly (ethylene oxide) Polymers 0.000 claims description 29
- 229920001400 block copolymer Polymers 0.000 claims description 29
- 239000000178 monomer Substances 0.000 claims description 29
- 239000012620 biological material Substances 0.000 claims description 28
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 claims description 25
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 16
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 claims description 14
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims description 14
- 238000001723 curing Methods 0.000 claims description 10
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 10
- 239000003814 drug Substances 0.000 claims description 9
- 229940079593 drug Drugs 0.000 claims description 9
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 9
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 9
- 230000000975 bioactive effect Effects 0.000 claims description 7
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 claims description 6
- 239000008103 glucose Substances 0.000 claims description 6
- 239000002504 physiological saline solution Substances 0.000 claims description 6
- 238000004113 cell culture Methods 0.000 claims description 5
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 5
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 claims description 4
- GJKGAPPUXSSCFI-UHFFFAOYSA-N 2-Hydroxy-4'-(2-hydroxyethoxy)-2-methylpropiophenone Chemical compound CC(C)(O)C(=O)C1=CC=C(OCCO)C=C1 GJKGAPPUXSSCFI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- XMLYCEVDHLAQEL-UHFFFAOYSA-N 2-hydroxy-2-methyl-1-phenylpropan-1-one Chemical compound CC(C)(O)C(=O)C1=CC=CC=C1 XMLYCEVDHLAQEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- MZRQZJOUYWKDNH-UHFFFAOYSA-N diphenylphosphoryl-(2,3,4-trimethylphenyl)methanone Chemical compound CC1=C(C)C(C)=CC=C1C(=O)P(=O)(C=1C=CC=CC=1)C1=CC=CC=C1 MZRQZJOUYWKDNH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229920001184 polypeptide Polymers 0.000 claims description 3
- 108090000765 processed proteins & peptides Proteins 0.000 claims description 3
- 102000004196 processed proteins & peptides Human genes 0.000 claims description 3
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 claims description 3
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 claims description 3
- 108010022355 Fibroins Proteins 0.000 claims description 2
- 108010010803 Gelatin Proteins 0.000 claims description 2
- CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-N Methacrylic acid Chemical compound CC(=C)C(O)=O CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000007664 blowing Methods 0.000 claims description 2
- HQPMKSGTIOYHJT-UHFFFAOYSA-N ethane-1,2-diol;propane-1,2-diol Chemical compound OCCO.CC(O)CO HQPMKSGTIOYHJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000008273 gelatin Substances 0.000 claims description 2
- 229920000159 gelatin Polymers 0.000 claims description 2
- 235000019322 gelatine Nutrition 0.000 claims description 2
- 235000011852 gelatine desserts Nutrition 0.000 claims description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 2
- DCUFMVPCXCSVNP-UHFFFAOYSA-N methacrylic anhydride Chemical compound CC(=C)C(=O)OC(=O)C(C)=C DCUFMVPCXCSVNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229920001993 poloxamer 188 Polymers 0.000 claims description 2
- 229920001992 poloxamer 407 Polymers 0.000 claims description 2
- 239000008055 phosphate buffer solution Substances 0.000 claims 2
- ANCHPZQGZBCDBK-UHFFFAOYSA-N [PH2](O)=O.C1(=CC=CC=C1)C=1C(=C(C(=O)[Li])C(=CC1C)C)C Chemical compound [PH2](O)=O.C1(=CC=CC=C1)C=1C(=C(C(=O)[Li])C(=CC1C)C)C ANCHPZQGZBCDBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims 1
- 229920002521 macromolecule Polymers 0.000 claims 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 4
- 238000011161 development Methods 0.000 abstract description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract description 2
- 238000012377 drug delivery Methods 0.000 abstract description 2
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 abstract description 2
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 abstract 1
- JUYQFRXNMVWASF-UHFFFAOYSA-M lithium;phenyl-(2,4,6-trimethylbenzoyl)phosphinate Chemical compound [Li+].CC1=CC(C)=CC(C)=C1C(=O)P([O-])(=O)C1=CC=CC=C1 JUYQFRXNMVWASF-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 26
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 24
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 19
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 description 19
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 description 19
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 14
- 210000001612 chondrocyte Anatomy 0.000 description 12
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 11
- PYWVYCXTNDRMGF-UHFFFAOYSA-N rhodamine B Chemical compound [Cl-].C=12C=CC(=[N+](CC)CC)C=C2OC2=CC(N(CC)CC)=CC=C2C=1C1=CC=CC=C1C(O)=O PYWVYCXTNDRMGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 229940043267 rhodamine b Drugs 0.000 description 11
- 108010025899 gelatin film Proteins 0.000 description 7
- 238000010907 mechanical stirring Methods 0.000 description 7
- 239000007853 buffer solution Substances 0.000 description 5
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 5
- 238000010828 elution Methods 0.000 description 5
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 5
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 5
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 4
- 239000008363 phosphate buffer Substances 0.000 description 4
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 4
- 239000000047 product Substances 0.000 description 4
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 3
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 3
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 3
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 3
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 3
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 3
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 3
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 3
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000000872 buffer Substances 0.000 description 2
- 230000004663 cell proliferation Effects 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 2
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 2
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 2
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 2
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 2
- 238000001338 self-assembly Methods 0.000 description 2
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 2
- KIUKXJAPPMFGSW-DNGZLQJQSA-N (2S,3S,4S,5R,6R)-6-[(2S,3R,4R,5S,6R)-3-Acetamido-2-[(2S,3S,4R,5R,6R)-6-[(2R,3R,4R,5S,6R)-3-acetamido-2,5-dihydroxy-6-(hydroxymethyl)oxan-4-yl]oxy-2-carboxy-4,5-dihydroxyoxan-3-yl]oxy-5-hydroxy-6-(hydroxymethyl)oxan-4-yl]oxy-3,4,5-trihydroxyoxane-2-carboxylic acid Chemical compound CC(=O)N[C@H]1[C@H](O)O[C@H](CO)[C@@H](O)[C@@H]1O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O[C@H]2[C@@H]([C@@H](O[C@H]3[C@@H]([C@@H](O)[C@H](O)[C@H](O3)C(O)=O)O)[C@H](O)[C@@H](CO)O2)NC(C)=O)[C@@H](C(O)=O)O1 KIUKXJAPPMFGSW-DNGZLQJQSA-N 0.000 description 1
- 239000006144 Dulbecco’s modified Eagle's medium Substances 0.000 description 1
- 108010043121 Green Fluorescent Proteins Proteins 0.000 description 1
- KHDZXBKJADQNKK-UHFFFAOYSA-N P(O)(O)O.C1(=CC=CC=C1)C=1C(=C(C(=O)[Li])C(=CC1C)C)C Chemical compound P(O)(O)O.C1(=CC=CC=C1)C=1C(=C(C(=O)[Li])C(=CC1C)C)C KHDZXBKJADQNKK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZGLCWOSMSVLLLE-UHFFFAOYSA-N [Li].CC1=C(C(=O)O[PH2]=O)C(C)=CC(C)=C1C1=CC=CC=C1 Chemical compound [Li].CC1=C(C(=O)O[PH2]=O)C(C)=CC(C)=C1C1=CC=CC=C1 ZGLCWOSMSVLLLE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000010933 acylation Effects 0.000 description 1
- 238000005917 acylation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 229920000469 amphiphilic block copolymer Polymers 0.000 description 1
- 230000008827 biological function Effects 0.000 description 1
- 239000012888 bovine serum Substances 0.000 description 1
- 239000006143 cell culture medium Substances 0.000 description 1
- 230000024245 cell differentiation Effects 0.000 description 1
- 230000010261 cell growth Effects 0.000 description 1
- 230000012292 cell migration Effects 0.000 description 1
- 239000006285 cell suspension Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 1
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 1
- 238000001879 gelation Methods 0.000 description 1
- 230000012010 growth Effects 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 229920002674 hyaluronan Polymers 0.000 description 1
- 229960003160 hyaluronic acid Drugs 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 239000003999 initiator Substances 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 1
- 230000007087 memory ability Effects 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 229920005615 natural polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000002736 nonionic surfactant Substances 0.000 description 1
- 238000005191 phase separation Methods 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 239000003361 porogen Substances 0.000 description 1
- 230000035755 proliferation Effects 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 210000000130 stem cell Anatomy 0.000 description 1
- 230000001954 sterilising effect Effects 0.000 description 1
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 229920001059 synthetic polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 230000008467 tissue growth Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Immobilizing And Processing Of Enzymes And Microorganisms (AREA)
- Materials For Medical Uses (AREA)
Abstract
本发明涉及光固化多孔水凝胶材料及其制备方法，属于新型水凝胶材料技术领域。本发明解决的技术问题是提供一种具有特殊多孔结构的光固化水凝胶材料。该材料由水凝胶球堆砌而成，且具有三维多孔结构；三维多孔结构的孔径为微米级，且孔在挤压作用下可调节；水凝胶球的粒度为微米级或纳米级。该光固化水凝胶具有独特的微观结构，孔隙连通性高，且具有动态自适应特性，在生物支架材料、组织工程、药物递送、活体组织/器官构建等领域具有重要的应用价值。该光固化水凝胶材料通过“自组装‑光固化‑洗脱”方法制备，具备工艺简单、条件温和、周期短、成本低，绿色环保、可规模化生产等特点，同时该材料具有良好的加工性能，可实现个性化定制，能够支撑多种创新产品的开发，具有很好的临床医学应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及光固化多孔水凝胶材料及其制备方法，属于新型水凝胶材料技术领域。
背景技术
光固化水凝胶材料是指在可见光或紫外光照射下分子内或分子间进行交联反应从而形成的水凝胶，根据其成分可分为天然高分子和合成高分子水凝胶。水凝胶作为一种具有三维网络结构的材料，它在工业、农业、食品和医疗领域具有广泛的应用，尤其是在近些年国家经济持续增长和人民生活不断提高的背景下，水凝胶在医疗健康相关领域具有重大临床需求和巨大市场空间。然而，常规的光固化水凝胶材料结构单一，仅具有纳米尺度的封闭孔洞分子网络，这严重限制了光固化水凝胶材料的在医学领域的应用范围，特别是在细胞增殖和迁移、干细胞分化等方面。目前，已有研究利用冷冻成胶法和致孔剂法等构建光固化多孔水凝胶材料，这些方法制备而得的多孔呈蜂窝状，孔洞由水凝胶形成的孔壁包围。另一方面，冷冻成胶法需要零摄氏度以下的低温环境，制备条件较苛刻；致孔剂法存在致孔剂析出缓慢且不完全的现象致使发生闭孔而无法制备高度连通的微孔结构，同时制备周期较长。因此，基于以上传统水凝胶的缺陷，开发满足临床医学需求的多功能新型水凝胶材料具有重大意义。本发明的新型水凝胶材料不仅在微观结构上具有特殊的微纳米尺度多孔结构，而且还具有较好的力学性能可诱导组织生长的特点，同时兼具工艺简单、绿色环保、条件温和周期短等优点，可实现规模化制备，以提高产业化前景，拓展其在生物医学中的应用，并带动相关产品研发。
发明内容
针对现有水凝胶的技术缺陷，本发明解决的技术问题是提供一种具有特殊多孔结构的光固化水凝胶材料及其制备体系。
本发明的光固化多孔水凝胶材料，是经过溶液均匀混合后经光固化成型获得，制备工艺简单。在微观结构上，该多孔水凝胶材料是由水凝胶球堆砌而成，球与球之间相互连接，且具有高通孔率的三维多孔结构；所述三维多孔结构的孔径为微米级，且孔在外力或细胞的挤压作用下可自适应调节；水凝胶球的粒度为微米级或纳米级。
在本发明的一个实施方式中，水凝胶球的粒度为50～50000nm；三维多孔结构的孔径为1～2000μm。
在一个具体的实施方式中，水凝胶球的粒度为50～10000nm；三维多孔结构的孔径为1～200μm。
在本发明的一个实施方式中，所述光固化多孔水凝胶材料由光固化生物材料单体、光引发剂和聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物为原料制备而成。
本发明还提供本发明所述的光固化多孔水凝胶材料的制备方法。
本发明所述的光固化多孔水凝胶材料的制备方法，包括以下步骤：
a、将光固化生物材料单体、光引发剂和聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物共溶于溶剂，混匀后得到生物墨水；
b、将步骤a所述的生物墨水经光照射固化成型；
c、随后用溶剂洗脱以除去未交联的光固化生物材料单体、残留的光引发剂和游离的聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物，得到光固化多孔水凝胶材料。
在本发明的一个实施方式中，所述光固化生物材料单体包括可光交联的蛋白质或多肽，所述光引发剂包括苯基-2，4，6-三甲基苯酰次膦酸锂、2-羟基-2-甲基-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-1-丙酮和2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮或2,4,6(三甲基苯甲酰基)二苯基氧化膦，所述聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物包括普朗尼克F127和普朗尼克F68中的至少一种；优选地，所述光固化生物材料单体包括甲基丙烯酰化明胶(GelMA)和甲基丙烯酸酐改性柞蚕丝蛋白(ASF-MA)中的至少一种。
在本发明的一个实施方式中，步骤a的生物墨水中，光固化生物材料单体的浓度为0.01～0.5g/mL，聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物的浓度为0.01～0.6g/mL，光引发剂的浓度为0.001～0.1g/mL。在一个具体的实施方式中，步骤a的生物墨水中，光固化生物材料单体的浓度为0.04～0.25g/mL，聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物的浓度为0.05～0.15g/mL。
在本发明的一个实施方式中，步骤a的溶剂为去离子水、磷酸盐缓冲液、葡萄糖溶液、生理盐水溶液和细胞培养液的任意一种。
在本发明的一个实施方式中，步骤a中，采用移液枪吹打混匀、涡旋混匀和搅拌混匀的至少一种进行混匀，得到生物墨水。
在本发明的一个实施方式中，步骤b中，所述固化为采用光源直接照射生物墨水使其固化成型；或者为将生物墨水加入模具中，然后采用光源照射使其固化成型；或者为采用光固化3D打印技术固化成型。光固化所需光源波长在200～1046nm之间，优选波长范围在320～980nm之间。更优选光源的波长为365nm紫光或405nm近紫外光。
在本发明的一个实施方式中，步骤c中，所述采用去离子水、磷酸盐缓冲液、葡萄糖溶液、生理盐水溶液或细胞培养液进行洗脱，洗脱的时间为1～24小时。
在本发明一个实施例中，步骤c后还进行以下步骤：对已成型的光固化多孔水凝胶材料进行机械切割，得到特定形状和尺寸的制品。优选的，所述特定形状和尺寸的制品为微颗粒、薄膜、片状、块状、棒状或由模具和光固化3D打印制备而得的其他任意形状。
在本发明的一个实施方式中，步骤a的生物墨水中还可加入细胞、药物、生物活性分子、高分子和纳米颗粒中的至少一种。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明所制备的光固化水凝胶具有独特的微观结构，孔隙连通性高，且具有动态自适应特性，在生物支架材料、组织工程、药物递送、活体组织/器官构建等领域具有重要的应用价值。
(2)本发明制备的光固化水凝胶以光固化生物材料单体、光引发剂和聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物为基本原料，通过“自组装-光固化-洗脱”的方法制备，具有工艺简单、条件温和、周期短、成本低，绿色环保、可规模化制备等优点。
(3)本发明所制备的光固化水凝胶具有良好的加工性能，特别是可利用模具、光固化3D打印技术和机械切割可加工成不同的形状、结构及尺寸的产品，还可以实现个性化定制，以支撑多种创新产品的开发，具有很好的应用前景。
附图说明
图1为本发明光固化多孔水凝胶的制备工艺流程图。
图2为本发明实施例1制备得到的光固化多孔水凝胶扫描电镜图。
图3为本发明对比例1制备得到的常规光固化水凝胶扫描电镜图。
图4为本发明实施例2中制备得到的光固化多孔水凝胶其微观形貌。
图5为本发明实施例3中由初始质量体积百分浓度为15％的GelMA和初始质量体积百分浓度为30％的F68溶液按体积比4:1制备的水凝胶的超微结构图(左)和初始质量体积百分浓度为15％的GelMA和初始质量体积百分浓度为20％的F68溶液按体积比3:1制备的水凝胶的超微结构图(右)。
图6为本发明实施例4～6中得到的不同形状的尺寸的光固化多孔水凝胶。
图7为本发明实施例7中制备得到的光固化多孔水凝胶在细胞挤压作用下多孔结构进行自我调节对应的图。箭头所指即为红色荧光标记的物质为软骨细胞。
图8为本发明实施例7中，单个细胞在光固化多孔水凝胶中24小时内的运动轨迹。
图9为本发明实施例8和对比例2所制备得到的光固化水凝胶的轴向压缩变形过程以及压缩应力-应变曲线。
图10为本发明实施例9所制备得到的不载模型药物罗丹明B的光固化多孔水凝胶(左)和含有模型药物罗丹明B的光固化多孔水凝胶(右)。
图11为本发明实施例10中制备得到的ASF-MA/F127聚合物混合溶液制备得到的光固化多孔水凝胶。
具体实施方式
本发明光固化多孔水凝胶材料，是由水凝胶球堆砌而成，且具有三维多孔结构；所述三维多孔结构的孔径为微米级，且孔在挤压作用下可调节；水凝胶球的粒度为微米级或纳米级。
本发明光固化多孔水凝胶具有动态自适应特性，其多孔结构可在其他物质(如细胞)的挤压作用下进行自我调节；当多孔结构受细胞挤压时，多孔结构发生自我调节，使其有利于细胞在孔道中相对自由地铺展和迁移。
本发明光固化水凝胶材料具有由微米级或纳米级的水凝胶球堆砌而成的三维多孔结构，水凝胶球之间保持着一定的空间连接以维持水凝胶的形态，又具有较大的空间位移能力以赋予水凝胶较好的形变能力，并为细胞生长和增殖提供良好的物理环境，还可以通过特殊的微纳米结构调控细胞的生物功能。
其中，三维多孔结构的孔径为微米级是指该多孔结构具有多个孔，每个孔的孔径不是完全相同的，各个孔的孔径为微米级。所述光固化多孔水凝胶具有动态自适应特性，其多孔结构可在其他物质(如细胞)的挤压作用下进行自我调节；当多孔结构受细胞挤压时，多孔结构发生自我调节有利于细胞在孔道中相对自由地铺展和迁移，使细胞在所述光固化多孔水凝胶中24小时内的运动轨迹最长达到200μm，从而为细胞生长和增殖提供良好的物理环境。
在本发明的一个实施方式中，水凝胶球的粒度为50～50000nm；三维多孔结构的孔径为1～2000μm。优选的，水凝胶球的粒度为50～10000nm；三维多孔结构的孔径为1～200μm。
在本发明的一个实施方式中，所述光固化多孔水凝胶材料由光固化生物材料单体、光引发剂和聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物为原料制备而成。
本发明所述的光固化多孔水凝胶材料的制备方法，包括以下步骤：
a、将光固化生物材料单体、光引发剂和聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物共溶于溶剂，混匀后得到生物墨水；
b、将步骤a所述的生物墨水经光照射固化成型；
c、随后用溶剂洗脱以除去未交联的光固化生物材料单体、残留的光引发剂和游离的聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物，得到光固化多孔水凝胶材料。
本发明所提供的光固化多孔水凝胶材料的制备方法，以光固化生物材料单体、光引发剂和聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物为基本原料，通过“自组装-光固化-洗脱”的方法制备而成。该方法利用聚氧乙烯一聚氧丙烯一聚氧乙烯两亲性嵌段共聚物与光固化生物材料单体混合后发生相分离并驱动光固化生物材料单体自组装成微纳米液滴，然后经光固化后形成微纳米颗粒，最后经洗脱得到稳定的具有微结构的光固化水凝胶。
所述光固化生物材料单体为本领域常用的可光交联的蛋白质或多肽，采用其他类的光固化材料单体，比如甲基丙烯酰化透明质酸，则无法很好的得到本发明的多孔结构。在本发明的实施方式中，所述光固化生物材料单体包括GelMA和ASF-MA中的至少一种。
本发明使用的光引发剂可以采用本领域内所有含自由基的光引发剂，包括但不限于苯基-2，4，6-三甲基苯酰次膦酸锂、2-羟基-2-甲基-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-1-丙酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、2,4,6(三甲基苯甲酰基)二苯基氧化膦等。
聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物，是一类新型的高分子非离子表面活性剂，在本发明一个优选的实施方式中，所述聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物为F68和F127中的至少一种。
在本发明的一个实施方式中，步骤a的生物墨水中，光固化生物材料单体的浓度为0.01～0.5g/mL，聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物的浓度为0.01～0.6g/mL，光引发剂的浓度为0.001～0.1g/mL。在一个具体的实施方式中，步骤a的生物墨水中，光固化生物材料单体的浓度为0.02～0.3g/mL，聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物的浓度为0.05～0.3g/mL。
聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物的浓度对光固化多孔水凝胶材料的形成及其孔径尺寸有较大影响。聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物的浓度过低，则所述聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物与光固化生物材料单体的混合溶液中不能发生自组装，则无法得到具有本发明所述光固化多孔水凝胶材料。而随着聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物的浓度增高，所得光固化水凝胶中的纳米颗粒轮廓形成越明显，且纳米颗粒堆砌形成的孔隙逐渐增大。聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物的浓度过高时，生物墨水体系中局部聚合物浓度过高，最终形成异质结构，即形成含有部分微米级尺度的水凝胶球的光固化多孔水凝胶。在固定聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物和光固化生物材料单体的初始浓度，使之能自组装形成本发明所述光固化多孔水凝胶的基础上，继续增加嵌段共聚物溶液的体积时，会逐渐减弱水凝胶球之间的连接，最终形成单个分散的水凝胶球。
本发明所述的质量体积百分浓度，采用如下公式进行计算：
质量体积百分浓度％＝溶质的质量g/溶剂的体积mL×100％。
在本发明的一个实施方式中，步骤a的溶剂为去离子水、磷酸盐缓冲液、葡萄糖溶液、生理盐水溶液和细胞培养液的任意一种。
在本发明的一个实施方式中，步骤a中，生物墨水的混匀方法为采用移液枪吹打混匀、涡旋混匀和搅拌混匀的至少一种；这些方法适用于制备步骤中的所有混匀操作。
在本发明的一个实施例中，生物墨水中包含若干微纳米液滴。
在本发明的一个实施方式中，步骤a的生物墨水中还可加入细胞、药物、生物活性分子、高分子和纳米颗粒中的至少一种。
采用光固化使材料成型的技术均适用于本发明。
在本发明的一个实施方式中，步骤b中，所述光固化为采用光源直接照射生物墨水使其固化成型；或者为将生物墨水加入模具中，然后采用光源照射使其固化成型；或者为采用光固化3D打印技术固化成型。
在本发明的一个实施方式中，所述聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物与光固化生物材料单体的生物墨水可直接暴露在405nm近紫外光下进行光固化成型。
在本发明的另一个实施方式中，将生物墨水加入模具中采用365nm进行固化成型。优选地，所述模具为硅胶模具。
生物墨水固化时间可以根据固化情况进行调节，在本发明一个实施方式中，固化时间为1秒～600秒。
本发明所述光固化多孔水凝胶材料的存在形式包括微颗粒、薄膜、片状、块状、棒状及可由模具和光固化3D打印制备而得的其他任意形状。
步骤c的洗脱可以采用本领域常规洗脱方法，在本发明的一个实施方式中，采用去离子水、磷酸盐缓冲液、葡萄糖溶液、生理盐水溶液或细胞培养基进行洗脱，洗脱的时间为1～24小时。
本发明中已固化成型的光固化多孔水凝胶材料可经机械切割获得特定形状和大小的制品。在本发明一个实施例中，步骤c后还进行以下步骤：对已成型的光固化多孔水凝胶材料进行机械切割，得到特定形状和尺寸的制品。
优选的，所述特定形状和尺寸的制品为微颗粒、薄膜、片状、块状、棒状或由模具和光固化3D打印制备而得的其他任意形状。
下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
(1)在样品瓶中先后加入一定量的光引发剂苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基亚磷酸锂(LAP)和去离子水，配制质量体积百分浓度为0.007g/mL的LAP溶液。向该LAP溶液中加入一定量的GelMA，随后将样品瓶置于37℃至GelMA完全溶解，得到质量体积百分浓度为0.15g/mL的GelMA溶液；
(2)在样品瓶中先后加入1.0g的F127和5.0mL的去离子水，样品瓶置于4℃至F127完全溶解，得到质量体积百分浓度为0.2g/mL的F127溶液；
(3)在样品瓶中先后加入0.9g的F68和5.0mL的去离子水，样品瓶置于4℃至F68完全溶解，得到质量体积百分浓度为0.18g/mL的F68溶液；
(4)从步骤(1)所述的GelMA溶液中取2mL置于样品瓶，加入1mL步骤(2)所述的F127溶液，机械搅拌1分钟后得到F127初始质量体积百分浓度为20％的生物墨水；
(5)从步骤(1)所述的GelMA溶液中取2mL置于样品瓶，加入1mL步骤(3)所述的F68溶液，机械搅拌1分钟后得到F68初始质量体积百分浓度为18％的生物墨水；
(6)将2mL步骤(4)所述生物墨水置于硅胶模具中，在波长为405nm的近紫外光下照射1分钟，得到光固化多孔水凝胶，用去离子水对所述光固化水凝胶洗涤3次，30分钟/次，除去光引发剂和游离的F127；
(7)将2mL步骤(5)所述生物墨水置于硅胶模具中，在波长为405nm的近紫外光下照射1分钟，得到光固化多孔水凝胶，用去离子水对所述光固化水凝胶洗涤3次，30分钟/次，除去光引发剂和游离的F68。
图2给出了由F127初始质量体积百分浓度为20％的生物墨水和由F68初始质量体积百分浓度为18％的生物墨水制备而得的光固化水凝胶其形貌，根据其所示内容可知，所得光固化水凝胶具有独特的微观结构：即，包含若干个微纳米颗粒，所述微纳米颗粒堆砌形成三维多孔结构，所述多孔结构的孔径为微米级，孔隙连通性高。
对比例1
(1)在样品瓶中先后加入一定量的光引发剂LAP和去离子水，配制质量体积百分浓度为0.007g/mL的LAP溶液。向该LAP溶液中加入一定量的GelMA，随后将样品瓶置于37℃至GelMA完全溶解，得到质量体积百分浓度为0.15g/mL的GelMA溶液；
(2)从步骤(1)所述的GelMA溶液中取2mL置于样品瓶，加入1mL PBS溶液，机械搅拌1分钟后得到生物墨水；
(3)将2mL步骤(2)所述生物墨水置于硅胶模具中，在波长为405nm的近紫外光下照射1分钟，得到光固化水凝胶，用去离子水对所述光固化水凝胶洗涤3次，30分钟/次，除去光引发剂。
图3给出了由GelMA和PBS制备而得的常规光固化水凝胶其形貌，根据其所示内容可知，所得常规光固化水凝胶并非由若干个微纳米颗粒堆砌而形成。
实施例2
(1)在样品瓶中先后加入一定量的F68和5.0mL的去离子水，样品瓶置于4℃至F68完全溶解，得到浓度分别为0.30g/mL，0.18g/mL和0.15g/mL的F68溶液；
(2)在样品瓶中先后加入一定量的光引发剂LAP和去离子水，配制质量体积百分浓度0.75％(0.0075g/mL)的LAP溶液。向该LAP溶液中加入一定量的GelMA，随后将样品瓶置于37℃至GelMA完全溶解，得到浓度分别为0.18g/mL，0.15g/mL和0.12g/mL的GelMA溶液；
(3)从步骤(1)所述浓度为0.30g/mL，0.15g/mL的F68溶液中分别取1mL置于样品瓶，各加入2mL步骤(2)所述浓度为0.15g/mL的GelMA溶液，机械搅拌1分钟后得到一系列由不同浓度的F68组成的GelMA/F68生物墨水；
(4)将2mL步骤(3)所述GelMA/F68生物墨水置于硅胶模具中，在波长为405nm的近紫外光下照射1分钟，得到光固化多孔水凝胶，用去离子水对所述光固化水凝胶洗涤3次，30分钟/次；
(5)分别从步骤(1)所述浓度为0.18g/mL的F68溶液中分别取1mL置于样品瓶，各加入2mL步骤(2)所述浓度为0.18g/mL和0.12g/mL的GelMA溶液，机械搅拌1分钟后得到一系列由不同质量体积百分浓度的GelMA组成的GelMA/F68生物墨水；
(6)将2mL步骤(5)所述GelMA/F68生物墨水置于硅胶模具中，在波长为405nm的近紫外光下照射1分钟，得到光固化多孔水凝胶，用去离子水对所述光固化水凝胶洗涤3次，30分钟/次。
图4给出了实施例2中采用初始浓度为0.15g/mL的GelMA与不同初始浓度(0.30g/mL和0.15g/mL)的F68制备的光固化多孔水凝胶其微观形貌(图4上)，以及不同初始浓度(0.12g/mL和0.18g/mL)的GelMA与初始浓度为0.18g/mL的F68制备得到的光固化多孔水凝胶其微观形貌(图4下)。根据其所示内容可知，所得光固化多孔水凝胶具有独特的微观结构：即，包含若干个微纳米颗粒。同时，当F68浓度较高时，所得光固化水凝胶出现异质结构，即形成同时含有微米级和纳米级尺度的水凝胶球的光固化多孔水凝胶。
实施例3
(1)在样品瓶中先后加入一定量的GelMA和去离子水，随后将样品瓶置于37℃至GelMA完全溶解，得到GelMA溶液。向该GelMA溶液中加入一定量的LAP，得到浓度为0.30g/mL的GelMA溶液；
(2)在样品瓶中先后加入一定量的F68和5.0mL的去离子水，样品瓶置于4℃至F68完全溶解，得到浓度分别为0.30g/mL和0.20g/mL的F68溶液；
(3)从步骤(1)所述的GelMA溶液中取3mL置于样品瓶，加入1mL步骤(2)所述的浓度为0.2g/mL的F68溶液，机械搅拌1分钟后得到F68初始质量体积百分浓度为20％的GelMA/F68生物墨水；
(4)将2mL步骤(3)所述GelMA/F68生物墨水置于硅胶模具中，在波长为405nm的近紫外光下照射30秒，得到光固化多孔水凝胶，用去离子水对所述光固化水凝胶洗涤3次，50分钟/次；
(5)从步骤(1)所述的GelMA溶液中取2mL置于样品瓶，加入0.5mL步骤(2)所述的浓度为0.3g/mL的F68溶液，机械搅拌1分钟后得到F68初始质量体积百分浓度为30％的GelMA/F68生物墨水；
(6)将2mL步骤(5)所述GelMA/F68生物墨水置于硅胶模具中，在波长为405nm的近紫外光下照射30秒，得到光固化多孔水凝胶，用去离子水对所述光固化水凝胶洗涤3次50分钟/次。
图5给出了实施例3中由初始质量体积百分浓度为15％的GelMA和初始质量体积百分浓度为30％的F68溶液按体积比4比1制备的水凝胶其超微结构图(左)和初始质量体积百分浓度为15％的GelMA和初始质量体积百分浓度为20％的F68溶液按体积比3比1制备的水凝胶其超微结构图(右)，根据其所示内容可知，所得光固化多孔水凝胶具有独特的微观结构：即，包含若干个微纳米颗粒。
实施例4
重复实施例1中的步骤(1)、步骤(2)和步骤(4)，得到生物墨水；
将0.1mL生物墨水置于覆盖有硅胶膜的载玻片上，其中生物墨水所在区域用厚度为200μm的硅胶膜隔开，在溶液正上方放置粘附盖玻片，在波长为405nm的近紫外光下照射10秒，得到薄膜状的光固化多孔水凝胶，用去离子水对所述光固化多孔水凝胶洗涤3次，30分钟/次，除去光引发剂和游离的F127。
图6的A图给出了本实施例中所述生物墨水暴露在紫外光下固化形成的薄膜状光固化多孔水凝胶。
实施例5
重复实施例1中的步骤(1)、步骤(2)和步骤(4)，得到生物墨水；
将1mL生物墨水分别置于方形硅胶模具中，在波长为405nm的近紫外光下照射1分钟，得到光固化多孔水凝胶，用去离子水对所述光固化水凝胶洗涤3次，30分钟/次，除去光引发剂和游离的F127，即制备得到所述块状的具有微结构的光固化多孔水凝胶；将所得块状的具有微结构的光固化水凝胶用冰冻切片刀切割成长条状。
图6的B图给出了所述生物墨水加入方形模具后采用紫外光进行固化后得到的块状水凝胶以及对所得块状水凝胶进行切割后得到的条状水凝胶。根据所示内容可知：所述生物墨水加入模具中经紫外曝光固化成型，已成型的光固化水凝胶还可进行机械切割加工。
实施例6
重复实施例1中的步骤(1)、步骤(2)和步骤(4)，得到生物墨水；
将0.1mL生物墨水滴加到表面覆盖硅胶膜的载玻片上，并将此载玻片放置在基于数字光处理的3D打印平台的载物台上，采用3D打印技术制备厚度为400μm、形状为三角形、五角星形、六边形、圆形以及耳朵样的光固化水凝胶。用去离子水对所述光交联水凝胶洗涤3次，30分钟/次，除去光引发剂和游离的F127。
图6的C图给出了采用基于数字光处理的3D打印技术制备得到的不同形状和尺寸的具有微结构的光固化多孔水凝胶。根据所示内容可知：结合光固化3D打印技术可制备成不同形状、尺寸和结构的光固化多孔水凝胶，还可实现个性化定制。
实施例7
(1)在样品瓶中先后加入一定量的光引发剂LAP和1×PBS缓冲液，配制质量体积百分浓度为0.7％(0.007g/mL)的LAP溶液。向该LAP溶液中加入一定量的带绿色荧光标记的GelMA，随后将样品瓶置于37℃至GelMA完全溶解，得到质量体积百分浓度为15％的GelMA溶液，其后用0.22μm滤膜对所得溶液进行过滤除菌；
(2)在样品瓶中先后加入1.0g的F68和5.0mL的1×PBS缓冲液，样品瓶置于4℃至F127完全溶解，得到质量体积百分浓度为20％的F68溶液，其后用0.22μm滤膜对所得溶液进行过滤除菌；
(3)在1.5mL的EP管加入软骨细胞悬液，离心(800rpm，3分钟)，弃上清，得到软骨细胞沉淀；
(4)用无菌1×PBS缓冲液重悬步骤(3)所述软骨细胞沉淀，使细胞终浓度为1×106个/mL，随后向所得的细胞悬液中加入CM-Dil活细胞染色剂，并先后于37℃和4℃分别避光孵育5和15分钟，采用无菌1×PBS缓冲液洗涤后离心即得到红色荧光标记的软骨细胞沉淀；
(5)从步骤(1)所述的GelMA溶液中取0.3mL置于步骤(4)所述含有红色荧光标记的软骨细胞沉淀的1.5mL EP管中，再加入0.1mL步骤(2)所述的F68溶液，机械搅拌1分钟后得到生物活性墨水；
(6)将0.1mL步骤(5)所述生物活性墨水滴加在无菌的共聚焦小皿中，采用基于数字光处理技术的光固化3D打印技术制备细胞-水凝胶复合体，400～480nm蓝光曝光时间为15秒，得到包封软骨细胞的光固化多孔水凝胶，用1×PBS缓冲液洗涤3次，30分钟/次，除去光引发剂和游离的F68；
(7)从步骤(1)所述的GelMA溶液中取0.3mL置于步骤(4)所述含有红色荧光标记的软骨细胞沉淀的1.5mL EP管中，再加入0.1mL 1×PBS缓冲液，机械搅拌1分钟后得到生物活性墨水；
(8)将0.1mL步骤(7)所述生物活性墨水滴加在无菌的共聚焦小皿中，采用基于数字光处理技术的光固化3D打印技术制备细胞-水凝胶复合体，400～480nm蓝光曝光时间为15秒，得到包封软骨细胞的常规光固化水凝胶，用1×PBS缓冲液洗涤3次，30分钟/次，除去光引发剂；
(9)将步骤(5)和步骤(8)所述包封软骨细胞的光固化水凝胶在37℃、5％CO2的环境下用含10％胎牛血清的低糖DMEM培养基培养2天后采用激光共聚焦显微镜观察水凝胶的微观结构，采用活细胞工作站观察光固化多孔水凝胶中细胞在24小时内的运动情况。
图7给出了实施例7制备得到的光固化多孔水凝胶在细胞挤压作用下多孔结构进行自我调节的情况。其中，左图为包裹软骨细胞的常规光固化水凝胶，右图为包裹软骨细胞的光固化多孔水凝胶。根据所示内容可知，常规光固化水凝胶的结构几乎不受细胞挤压作用的影响，相比之下，由纳米颗粒堆砌形成的光固化多孔水凝胶其多孔结构可在细胞挤压作用下进行自我调节，显现出动态自适应特性，细胞可挤开原本靠在一起的纳米颗粒从而在水凝胶中实现相对自由的铺展和迁移。
图8给出了实施例7细胞在光固化多孔水凝胶中24小时内的运动轨迹，根据所示内容可知，细胞在所述光固化多孔水凝胶中24小时内的运动轨迹可达到200μm。
实施例8
(1)在样品瓶中先后加入一定量的光引发剂LAP和去离子水，配制质量体积百分浓度为0.7％(0.007g/mL)的LAP溶液。向该LAP溶液中加入一定量的GelMA，随后将样品瓶置于37℃至GelMA完全溶解，得到质量体积百分浓度为0.15g/mL的GelMA溶液；
(2)在样品瓶中先后加入1.0g的F127和5.0mL的去离子水，样品瓶置于4℃至F127完全溶解，得到质量体积百分浓度为0.2g/mL的F127溶液；
(3)从步骤(1)所述的GelMA溶液中取2mL置于样品瓶，加入1mL步骤(2)所述的F127溶液，机械搅拌1分钟后得到F127初始质量体积百分浓度为20％的生物墨水；
(4)将2mL步骤(3)所述生物墨水置于硅胶模具中，在波长为405nm的近紫外光下照射1分钟，得到光固化多孔水凝胶，用去离子水对所述光固化水凝胶洗涤3次，30分钟/次，除去光引发剂和游离的F127。
对比例2
(1)在样品瓶中先后加入一定量的光引发剂LAP和去离子水，配制质量体积百分浓度为0.7％(0.007g/mL)的LAP溶液。向该LAP溶液中加入一定量的GelMA，随后将样品瓶置于37℃至GelMA完全溶解，得到质量体积百分浓度为15％(0.15g/mL)的GelMA溶液；
(2)从步骤(1)所述的GelMA溶液中取2mL置于样品瓶，加入1mL的去离子水，机械搅拌1分钟后得到F127初始质量体积百分浓度为0％的生物墨水；
(3)将2mL步骤(2)所述生物墨水置于硅胶模具中，在波长为405nm的近紫外光下照射1分钟，得到光固化水凝胶，用去离子水对所述光固化水凝胶洗涤3次，30分钟/次，除去光引发剂。
图9给出了实施例8和对比例2所制备的光固化水凝胶其压缩性能测试结果。其中，GelMA对应常规光固化水凝胶，Porous GelMA对应具有特殊微结构的光固化多孔水凝胶。根据所示内容可知：常规光固化水凝胶在经外力压缩时发生破裂，相比之下，具有微结构的光固化多孔水凝胶在经外力压缩时能发生形变，表现出良好的压缩形变能力，且在外力撤出后该光固化多孔水凝胶能恢复至原状，表现出较好的形状记忆能力。
实施例9
(1)在样品瓶中先后加入一定量的光引发剂LAP和去离子水，配制质量体积百分浓度为0.14％(0.0014g/mL)的LAP溶液。向该LAP溶液中加入一定量的GelMA，随后将样品瓶置于37℃至GelMA完全溶解，得到质量体积百分浓度为0.30g/mL的GelMA溶液；
(2)在样品瓶中先后加入0.9g的F68和5.0mL的去离子水，样品瓶置于4℃至F68完全溶解，得到质量体积百分浓度为0.18g/mL的F68溶液；
(3)在样品瓶中先后加入一定量的罗丹明B(RhB)和去离子水，涡旋直至RhB完全溶解，得到质量体积百分浓度为2mg/mL的RhB溶液；
(4)从步骤(1)所述的GelMA溶液中取0.1mL置于样品瓶，加入0.1mL步骤(3)所述的RhB溶液，机械搅拌1分钟后得到生物墨水；
(5)将0.1mL步骤(4)所述生物墨水置于覆盖有硅胶模的载玻片上，其中生物墨水所在区域用厚度为0.1mm的硅胶膜隔开，在所述厚度为0.1mm的硅胶膜上方放置洁净盖玻片，在波长为405nm的近紫外光下照射10秒，得到载RhB光固化多孔水凝胶，用去离子水对所述载RhB光固化多孔水凝胶洗涤3次，10分钟/次。
图10为本发明实施例9所制备得到的不载模型药物罗丹明B的光固化多孔水凝胶(左)和含有模型药物罗丹明B的光固化多孔水凝胶(右)。根据所示内容可知，不载罗丹明B的光固化多孔水凝胶不呈荧光，载模型药物罗丹明B的光固化多孔水凝胶呈红色荧光，这说明所述光固化多孔材料可用于装载药物。
实施例10
(1)在样品瓶中先后加入一定量的光引发剂LAP和去离子水，配制质量体积百分浓度为1％(0.01g/mL)的LAP溶液。向该LAP溶液中加入一定量的ASF-MA，随后将样品瓶置于4℃至ASF-MA完全溶解，得到质量体积百分浓度为0.30g/mL的ASF-MA溶液；
(2)在样品瓶中先后加入2.0g的F127和5.0mL的去离子水，样品瓶置于4℃至F127完全溶解，得到质量体积百分浓度为0.4g/mL的F127溶液；
(3)从步骤(1)所述的ASF-MA溶液中取2mL置于样品瓶，加入1mL步骤(2)所述的F127溶液，机械搅拌1分钟后得到F127初始质量体积百分浓度为40％的ASF-MA/F127生物墨水；
(4)将2mL步骤(2)所述ASF-MA/F127生物墨水置于覆盖有硅胶模的载玻片上，其中生物墨水所在区域用厚度为0.1mm的硅胶膜隔开，在所述厚度为0.1mm的硅胶膜上方放置洁净盖玻片，所述ASF-MA/F127生物墨水在波长为405nm的近紫外光下照射10秒，得到光固化多孔水凝胶，用去离子水对所述光固化水凝胶洗涤3次，30分钟/次，除去光引发剂和游离的F127。
图11给出了ASF-MA/F127生物墨水所制备的光固化多孔水凝胶其微观形貌，根据其所示内容可知，所得光固化多孔水凝胶具有独特的微观结构：即，包含若干个微纳米颗粒。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，均应属于本发明的保护范围。
Claims (18)
1.光固化多孔水凝胶材料，其特征在于：所述水凝胶材料是由水凝胶球堆砌而成，且具有三维多孔结构；
所述三维多孔结构的孔径为微米级；且孔在挤压作用下可调节；
水凝胶球的粒度为微米级或纳米级。
2.根据权利要求1所述的光固化多孔水凝胶材料，其特征在于：水凝胶球的粒度为50～50000nm；三维多孔结构的孔径为1～2000μm。
3.根据权利要求2所述的光固化多孔水凝胶材料，其特征在于：水凝胶球的粒度为50～10000nm；三维多孔结构的孔径为1～200μm。
4.根据权利要求1所述的光固化多孔水凝胶材料，其特征在于：所述光固化多孔水凝胶材料由光固化生物材料单体、光引发剂和聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物为原料制备而成。
5.权利要求1～4任一项所述的光固化多孔水凝胶材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、将光固化生物材料单体、光引发剂和聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物共溶于溶剂，混匀后得到生物墨水；所述光固化生物材料单体包括可光交联的蛋白质或多肽；
b、将步骤a所述的生物墨水经光照射固化成型；
c、随后用溶剂洗脱以除去未交联的光固化生物材料单体、残留的光引发剂和游离的聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物，得到光固化多孔水凝胶材料。
6.根据权利要求5所述的光固化多孔水凝胶材料的制备方法，其特征在于：所述光引发剂包括苯基-2，4，6-三甲基苯酰次膦酸锂、2-羟基-2-甲基-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-1-丙酮和2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮或2,4,6(三甲基苯甲酰基)二苯基氧化膦，所述聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物包括普朗尼克F127和普朗尼克F68中的至少一种。
7.根据权利要求5所述的光固化多孔水凝胶材料的制备方法，其特征在于：所述光固化生物材料单体包括甲基丙烯酰化明胶和甲基丙烯酸酐改性柞蚕丝蛋白中的至少一种。
8.根据权利要求5所述的光固化多孔水凝胶材料的制备方法，其特征在于：步骤a中，所述溶剂为去离子水、磷酸盐缓冲液、葡萄糖溶液、生理盐水溶液和细胞培养液的任意一种。
9.根据权利要求5所述的光固化多孔水凝胶材料的制备方法，其特征在于：步骤a中，混匀的方法为采用移液枪吹打混匀、涡旋混匀和搅拌混匀的至少一种。
10.根据权利要求5所述的光固化多孔水凝胶材料的制备方法，其特征在于：步骤a的生物墨水中，光固化生物材料单体的浓度为0.01～0.5g/mL，聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物的浓度为0.01～0.6g/mL，光引发剂的浓度为0.001～0.1g/mL。
11.根据权利要求10所述的光固化多孔水凝胶材料的制备方法，其特征在于：步骤a的生物墨水中，光固化生物材料单体的浓度为0.02～0.3g/mL，聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物的浓度为0.05～0.3g/mL。
12.根据权利要求5所述的光固化多孔水凝胶材料的制备方法，其特征在于：步骤b中，所述光固化为采用光源直接照射生物墨水使其固化成型；或者为将生物墨水加入模具中，然后采用光源照射使其固化成型；或者为采用光固化3D打印技术固化成型；所述光源的波长为200～1046nm。
13.根据权利要求12所述的光固化多孔水凝胶材料的制备方法，其特征在于：光源的波长范围为320～980nm。
14.根据权利要求13所述的光固化多孔水凝胶材料的制备方法，其特征在于：光源的波长为365nm紫光或405nm近紫外光。
15.根据权利要求5所述的光固化多孔水凝胶材料的制备方法，其特征在于：步骤c中，所述采用去离子水、磷酸盐缓冲液、葡萄糖溶液、生理盐水溶液或细胞培养液进行洗脱，洗脱的时间为1～24小时。
16.根据权利要求5所述的光固化多孔水凝胶材料的制备方法，其特征在于：步骤c后还进行以下步骤：对已成型的光固化多孔水凝胶材料进行机械切割，得到特定形状和尺寸的制品。
17.根据权利要求16所述的光固化多孔水凝胶材料的制备方法，其特征在于：所述特定形状和尺寸的制品为微颗粒、薄膜、片状、块状、棒状或由模具和光固化3D打印制备而得的其他任意形状。
18.根据权利要求5所述的光固化多孔水凝胶材料的制备方法，其特征在于：所述生物墨水中还可加入细胞、药物、生物活性分子、高分子和纳米颗粒中的至少一种。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111116199 | 2021-09-23 | ||
| CN2021111161990 | 2021-09-23 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115850729A CN115850729A (zh) | 2023-03-28 |
| CN115850729B true CN115850729B (zh) | 2023-11-14 |
Family
ID=85660649
Family Applications (4)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211030925.1A Pending CN115894964A (zh) | 2021-09-23 | 2022-08-26 | 光固化多孔水凝胶细胞制剂及其制备方法 |
| CN202211031222.0A Pending CN115926198A (zh) | 2021-09-23 | 2022-08-26 | 可注射组织再生型填充剂及其制备方法 |
| CN202211031185.3A Active CN115850729B (zh) | 2021-09-23 | 2022-08-26 | 光固化多孔水凝胶材料及其制备方法 |
| CN202211031224.XA Pending CN115850730A (zh) | 2021-09-23 | 2022-08-26 | 光固化多孔水凝胶材料作为止血材料的用途 |
Family Applications Before (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211030925.1A Pending CN115894964A (zh) | 2021-09-23 | 2022-08-26 | 光固化多孔水凝胶细胞制剂及其制备方法 |
| CN202211031222.0A Pending CN115926198A (zh) | 2021-09-23 | 2022-08-26 | 可注射组织再生型填充剂及其制备方法 |
Family Applications After (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211031224.XA Pending CN115850730A (zh) | 2021-09-23 | 2022-08-26 | 光固化多孔水凝胶材料作为止血材料的用途 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (4) | CN115894964A (zh) |
Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108367100A (zh) * | 2015-12-02 | 2018-08-03 | 奥塔哥创新有限公司 | 水凝胶的光活化制备 |
| CN109400818A (zh) * | 2018-09-18 | 2019-03-01 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种聚丙烯酰胺水凝胶的制备方法 |
| CN111040199A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-04-21 | 华南理工大学 | 一种基于两个水相不互溶乳液的光交联多孔水凝胶及其制备方法和应用 |
| CN112245658A (zh) * | 2020-10-09 | 2021-01-22 | 北京大学 | 一种可注射晶胶微球细胞扩增载体及其制备方法 |
| CN112917899A (zh) * | 2019-12-06 | 2021-06-08 | 苏州永沁泉智能设备有限公司 | 基于多孔结构的生物3d打印方法 |
| CN112917891A (zh) * | 2019-12-06 | 2021-06-08 | 苏州永沁泉智能设备有限公司 | 大块组织的生物3d打印方法 |
| WO2021114260A1 (zh) * | 2019-12-13 | 2021-06-17 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 一种同轴静电纺丝GelMA/PLGA-LysoGM1及其制备方法和应用 |
| CN112999428A (zh) * | 2020-11-19 | 2021-06-22 | 中国医学科学院整形外科医院 | 用于耳廓重建载细胞聚合物多孔微球三维生物打印墨水及其制造方法与应用 |
| CN113041215A (zh) * | 2021-03-17 | 2021-06-29 | 清华大学深圳国际研究生院 | 一种眼表原位药物及其制备方法 |
| CN113278168A (zh) * | 2021-01-29 | 2021-08-20 | 大连理工大学 | 一种两场耦合交联的、可注射、可塑形、可打印颗粒水凝胶材料及其制备方法和应用 |
| CN113274554A (zh) * | 2021-05-14 | 2021-08-20 | 清华大学 | 一种基于凝胶微球的3d打印生物墨水及其应用 |
| CN113398330A (zh) * | 2021-05-17 | 2021-09-17 | 四川大学 | 一种可构建多层级仿生孔结构的3d打印生物墨水及其制备方法和打印方法 |
Family Cites Families (35)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20030086975A1 (en) * | 2001-11-08 | 2003-05-08 | Timothy Ringeisen | Method for making a porous Polymeric material |
| ATE258810T1 (de) * | 1995-11-09 | 2004-02-15 | Univ Massachusetts | Wiederherstellung der gewebeoberfläche mit zusammensetzungen aus hydrogel-zellen |
| US6027744A (en) * | 1998-04-24 | 2000-02-22 | University Of Massachusetts Medical Center | Guided development and support of hydrogel-cell compositions |
| US7485670B2 (en) * | 2002-08-02 | 2009-02-03 | Cambridge Polymer Group, Inc. | Systems and methods for controlling and forming polymer gels |
| CN100546662C (zh) * | 2006-09-15 | 2009-10-07 | 武汉理工大学 | 具有抗凝血和溶解血栓功能的聚氨酯材料及其制备和用途 |
| US20110256628A1 (en) * | 2010-04-20 | 2011-10-20 | The University Of Washington Through Its Center For Commercialization | Adaptive tissue engineering scaffold |
| CN103131625B (zh) * | 2011-11-23 | 2015-08-05 | 清华大学 | 用于构建三维微环境的方法及装置 |
| US20160200891A1 (en) * | 2013-08-22 | 2016-07-14 | Polyvalor Limited Partnership | Porous gels and methods for their preparation |
| CN103816573A (zh) * | 2014-03-01 | 2014-05-28 | 湖南科技大学 | 一种多孔明胶/透明质酸复合微球的制备方法 |
| KR102404093B1 (ko) * | 2015-10-14 | 2022-06-02 | 주식회사 파마리서치 | 중공형 다공성 미립구를 포함하는 피부 조직 재생 또는 피부 조직 볼륨 증진 주사용 조성물 |
| US20170173209A1 (en) * | 2015-12-18 | 2017-06-22 | Rousseau Research, Inc. | Wound closure compositions and method |
| CN105561375B (zh) * | 2016-01-05 | 2018-11-30 | 山东省药学科学院 | 一种多巴胺交联的明胶吸液止血海绵及其制备方法 |
| WO2017223529A1 (en) * | 2016-06-24 | 2017-12-28 | Washington State University | Three-dimensional tissue matrix scaffold system |
| US20180371117A1 (en) * | 2017-06-15 | 2018-12-27 | The Regents Of The University Of Colorado, A Body Corporate | Synthesis and assembly of clickable microgels into cell-laden porous scaffolds |
| CN109553783A (zh) * | 2017-09-26 | 2019-04-02 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 一种光固化水凝胶及其制备方法与应用 |
| KR20190118694A (ko) * | 2018-04-10 | 2019-10-21 | 서울대학교산학협력단 | 다공성 마이크로스피어 복합체 및 이의 제조 방법 |
| US20210322647A1 (en) * | 2018-04-27 | 2021-10-21 | Regents Of The University Of Michigan | Aligned hydrogel tubes for tissue repair and regeneration |
| CN108744060B (zh) * | 2018-05-29 | 2021-05-07 | 四川大学 | 一种可注射多重孔隙结构的骨修复材料及其制备方法 |
| KR102251384B1 (ko) * | 2018-10-02 | 2021-05-13 | 한림대학교 산학협력단 | 지혈, 창상 봉합 및 치유 기능을 가진 급속 광경화성 바이오글루 |
| WO2020106703A1 (en) * | 2018-11-19 | 2020-05-28 | Endomedix, Inc. | Methods and compositions for achieving hemostasis and stable blood clot formation |
| CN109529110A (zh) * | 2018-12-10 | 2019-03-29 | 上海摩漾生物科技有限公司 | 多孔纳米羟基磷灰石缓释凝胶制备方法 |
| DE102018009814A1 (de) * | 2018-12-13 | 2020-06-18 | Valeopharm GmbH | Poröser Körper aus dynamischen Schäumen auf Biopolymerbasis mit flexibel gestaltbarer Porengröße, Verfahren zu dessen Herstellung und dessen Anwendungen |
| CN109897387A (zh) * | 2019-01-25 | 2019-06-18 | 华南理工大学 | 一种改性明胶在水包空气乳液中的应用、多孔凝胶及其制备 |
| JP7255915B2 (ja) * | 2019-01-30 | 2023-04-11 | 高雄醫學大學 | 光硬化３ｄプリントアイテムの製造方法およびその使用法 |
| CN109880151A (zh) * | 2019-02-21 | 2019-06-14 | 上海市伤骨科研究所 | 一种水凝胶多孔微球的制备方法与多孔支架材料 |
| CN110169959B (zh) * | 2019-05-20 | 2022-11-15 | 中国人民解放军总医院 | 生长因子缓释微球、组织工程软骨复合支架及制备方法 |
| AU2020283436A1 (en) * | 2019-05-31 | 2021-12-23 | Tepha, Inc. | Implants assembled from skeletal polyhedron unit cells, coiled unit cells or mesh unit cells |
| CN111184909B (zh) * | 2019-10-21 | 2022-08-09 | 湖北翎美生物科技有限公司 | 一种透明质酸缓释填充物及制备方法 |
| CN111110922B (zh) * | 2019-12-25 | 2020-10-27 | 四川大学 | 一种用于3d生物打印的牙周生物模块及构建方法及应用 |
| US11918703B2 (en) * | 2020-08-13 | 2024-03-05 | Universidad De Los Andes | Extrudable photocrosslinkable hydrogel and method for its preparation |
| CN112409553B (zh) * | 2020-11-25 | 2023-03-14 | 杭州贤石生物科技有限公司 | 微流控冰晶法制备可注射多孔水凝胶微球的方法及其应用 |
| CN113024879A (zh) * | 2020-12-22 | 2021-06-25 | 苏州大学附属第一医院 | 凝胶微球及其制备方法与应用 |
| CN112813016A (zh) * | 2021-01-20 | 2021-05-18 | 温州医科大学附属第一医院 | 一种用于三维细胞球体生成的多孔水凝胶阵列及其制备方法 |
| CN113024847B (zh) * | 2021-03-19 | 2022-09-13 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种天然多糖水凝胶在止血领域中的应用 |
| CN113290844B (zh) * | 2021-05-14 | 2022-10-21 | 清华大学 | 一种构建复杂异质组织/器官的多级悬浮打印方法 |
-
2022
- 2022-08-26 CN CN202211030925.1A patent/CN115894964A/zh active Pending
- 2022-08-26 CN CN202211031222.0A patent/CN115926198A/zh active Pending
- 2022-08-26 CN CN202211031185.3A patent/CN115850729B/zh active Active
- 2022-08-26 CN CN202211031224.XA patent/CN115850730A/zh active Pending
Patent Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108367100A (zh) * | 2015-12-02 | 2018-08-03 | 奥塔哥创新有限公司 | 水凝胶的光活化制备 |
| CN109400818A (zh) * | 2018-09-18 | 2019-03-01 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种聚丙烯酰胺水凝胶的制备方法 |
| CN112917899A (zh) * | 2019-12-06 | 2021-06-08 | 苏州永沁泉智能设备有限公司 | 基于多孔结构的生物3d打印方法 |
| CN112917891A (zh) * | 2019-12-06 | 2021-06-08 | 苏州永沁泉智能设备有限公司 | 大块组织的生物3d打印方法 |
| WO2021114260A1 (zh) * | 2019-12-13 | 2021-06-17 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 一种同轴静电纺丝GelMA/PLGA-LysoGM1及其制备方法和应用 |
| CN111040199A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-04-21 | 华南理工大学 | 一种基于两个水相不互溶乳液的光交联多孔水凝胶及其制备方法和应用 |
| CN112245658A (zh) * | 2020-10-09 | 2021-01-22 | 北京大学 | 一种可注射晶胶微球细胞扩增载体及其制备方法 |
| CN112999428A (zh) * | 2020-11-19 | 2021-06-22 | 中国医学科学院整形外科医院 | 用于耳廓重建载细胞聚合物多孔微球三维生物打印墨水及其制造方法与应用 |
| CN113278168A (zh) * | 2021-01-29 | 2021-08-20 | 大连理工大学 | 一种两场耦合交联的、可注射、可塑形、可打印颗粒水凝胶材料及其制备方法和应用 |
| CN113041215A (zh) * | 2021-03-17 | 2021-06-29 | 清华大学深圳国际研究生院 | 一种眼表原位药物及其制备方法 |
| CN113274554A (zh) * | 2021-05-14 | 2021-08-20 | 清华大学 | 一种基于凝胶微球的3d打印生物墨水及其应用 |
| CN113398330A (zh) * | 2021-05-17 | 2021-09-17 | 四川大学 | 一种可构建多层级仿生孔结构的3d打印生物墨水及其制备方法和打印方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Gelatin methacrylate microspheres for controlled growth factor release;Anh H. Nguyen et al.;Acta Biomaterialia;第13卷;101-110 * |
| 甲基丙烯酸酐化明胶水凝胶介导的骨髓间充质干细胞增强肩袖损伤后愈合的研究;张素珊等;组织工程与重建外科杂志(第04期);14-20 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115850729A (zh) | 2023-03-28 |
| CN115894964A (zh) | 2023-04-04 |
| CN115850730A (zh) | 2023-03-28 |
| CN115926198A (zh) | 2023-04-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Lin et al. | Application of visible light-based projection stereolithography for live cell-scaffold fabrication with designed architecture | |
| Tan et al. | Hybrid microscaffold-based 3D bioprinting of multi-cellular constructs with high compressive strength: A new biofabrication strategy | |
| Zuo et al. | Photo-cross-linkable methacrylated gelatin and hydroxyapatite hybrid hydrogel for modularly engineering biomimetic osteon | |
| JP6843047B2 (ja) | 支持体として相変化物質を用いた３ｄ印刷 | |
| Terrell et al. | From cells-on-a-chip to organs-on-a-chip: scaffolding materials for 3D cell culture in microfluidics | |
| CN108367100A (zh) | 水凝胶的光活化制备 | |
| Khademhosseini et al. | Micromolding of photocrosslinkable hyaluronic acid for cell encapsulation and entrapment | |
| Ovsianikov et al. | Three-dimensional laser micro-and nano-structuring of acrylated poly (ethylene glycol) materials and evaluation of their cytoxicity for tissue engineering applications | |
| US20060228386A1 (en) | Polymeric microstructures | |
| Wadnap et al. | Biofabrication of 3D cell-encapsulated tubular constructs using dynamic optical projection stereolithography | |
| CN113893387B (zh) | 一种载细胞微凝胶组装的组织工程支架及其制备方法和应用 | |
| Zhang et al. | Bioink design for extrusion-based bioprinting | |
| CA2838018C (en) | Method for producing three-dimensional monolithic microfluidic devices | |
| Tolabi et al. | Progress of microfluidic hydrogel‐based scaffolds and organ‐on‐chips for the cartilage tissue engineering | |
| US10808063B2 (en) | Photopolymer composition and application thereof | |
| Tejavibulya et al. | Directed self-assembly of large scaffold-free multi-cellular honeycomb structures | |
| EP3662054A1 (en) | A three-dimensional hydrogel scaffold for cell culturing and a method for the production thereof | |
| CN112661983A (zh) | 一种用于3d打印的水凝胶材料及制备方法和应用、外界刺激双响应海藻酸钠的制备方法 | |
| Pereira et al. | Photopolymerizable hydrogels in regenerative medicine and drug delivery | |
| CN114796617B (zh) | 一种复合3d打印墨水及其应用 | |
| CN111195371A (zh) | 一种微异型载细胞海藻酸凝胶及其制备方法和应用 | |
| Yola et al. | Microfluidics meets layer-by-layer assembly for the build-up of polymeric scaffolds | |
| Yang et al. | Recent advance in cell patterning techniques: Approaches, applications and future prospects | |
| Pal et al. | High-throughput microgel biofabrication via air-assisted co-axial jetting for cell encapsulation, 3D bioprinting, and scaffolding applications | |
| CN115850729B (zh) | 光固化多孔水凝胶材料及其制备方法 |
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 |