一種3d生物打印水凝膠材料及其應用的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種3D生物打印水凝膠材料及其應用，該水凝膠材料，含有細胞生長因子及營養組分，水，溫敏性聚合物和生物大分子。本發明的3D打印水凝膠材料具有與人體軟組織相仿的力學性質，并可包裹細胞，有良好的細胞黏附性，用于人體內時，免疫排斥小，抗過敏，有利于人體健康恢復，生物降解性好，安全無毒，無需二次開刀取出，減小了病人的二次損傷；本發明3D打印水凝膠材料，配合相應的技術設備，可實現其大小、結構等方面的個性化設計，為使用對象提供“一對一”匹配的產品。
【專利說明】【【技術領域】】
[0001] 本發明涉及一種3D生物打印材料及其應用，尤其涉及一種基于生物高分子的3D 生物打印水凝膠材料及其應用，屬于生物材料【技術領域】。 一種3D生物打印水凝膠材料及其應用 【【背景技術】】
[0002] 傳統數控制造一般是在原材料基礎上，使用切割、磨削、腐蝕、熔融等辦法，去除多 余部分，得到零部件，再以拼裝、焊接等方法組合成最終產品。而3D打印是一種數字模型文 件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層堆疊累積的方式來構造物體的 技術，因此也稱為"增材制造 "（additive manufacturing)。3D打印無需原胚和模具，就能 直接根據計算機圖形數據生成任何形狀的物體，簡化產品的制造程序，縮短產品的研制周 期，提高效率并降低成本。
[0003] 3D打印技術又稱增材制造技術，實際上是快速成型領域的一種新興技術，它是一 種以數字模型文件為基礎，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。3D打印技術從概念的 提出到現在已經有30多年的發展歷史。隨著技術、設備的日趨成熟，3D打印開始走進大眾 的視野并迅速成為制造業的新寵。而對醫療界而言，3D打印技術預示著一場醫學新革命或 將來臨。從仿真醫療模型、生物醫療器械，到更具個性化的移植組織或氣管、更具潛力的生 物高分子材料，都將聚攏于3D打印麾下。
[0004] 生物打印是3D打印在醫療領域的應用，用以制造活組織和活器官，其在組織工 程中的應用已然成為最熱門的研究課題之一。2009年底，澳大利亞Invetech公司和美國 Organovo公司宣布攜手研制出了全球首臺商業化3D生物打印機，打印機有兩個打印頭，一 個放置最多達8萬個人體細胞，被稱為"生物墨"；另一個可打印"生物紙"。所謂生物紙的 主要成分是水凝膠，可用作細胞生長的支架。
[0005] 基于生物大分子的水凝膠含水量高，力學性質與軟組織相似，具有良好的生物相 容性、輸送養分和排泄代謝物的高效性以及包裹細胞的強大能力，這些特點使其被廣泛地 用于構建組織工程支架、藥物緩釋體系等。
[0006] 生物打印可以實現個性化定制，制成與人體組織高度匹配的"零件"，用于復雜骨 科手術、顱骨修復、小耳畸形修復和口腔正畸等。科學家的最大的雄心便在于打印出心、肝 臟等人體器官以解決全球日益增多等待器官移植患者的需求。大多數器官的結構高度復 雜，常常由幾十種不同的細胞組成并發揮著各種不同的功能，以肝臟為例，其所發揮的生物 學功能多達500種。從技術上講，通過沿Z軸逐層打印細胞的的3D打印機可以"搭建"出 由細胞"疊成"的組織或器官，但從生物學角度說，若想這些組織或器官適用于人體移植，則 需要考慮如何將不同類型的細胞"打印"至適當的位置，以使其像胚胎一樣逐漸發育成所想 要的組織或器官；還要考慮如何為這些細胞提供營養物質和氧氣，即如何建造一個血液循 環系統。
[0007] 如今3D打印和應用于組織工程的水凝膠材料都發展到了一定的階段，如何把兩 者融合到一起完成生物打印，便成了一個新的問題。生物打印技術方興未艾，而大部分應用 材料還停留在基礎研究階段，既要考慮材料的物理化學及生物學性能，還需要解決"打印" 成型的問題，離實際應用還有一段距離。 【
【發明內容】
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[0008] 本發明的目的是針對目前應用于生物打印的材料的短缺，提供一種基于生物大分 子的，人體用免疫排斥小，生物降解性好，具有合適力學性質的3D生物打印水凝膠材料。
[0009] 本發明的另一目的是提供上述3D生物打印水凝膠材料在3D生物打印中的應用。
[0010] 為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：
[0011] 一種3D生物打印水凝膠材料，其特征在于含有細胞生長因子及營養組分。
[0012] 本發明3D生物打印水凝膠材料，含有水，溫敏性聚合物和生物大分子。
[0013] 本發明上述各組分的質量百分比為：
[0014] 水 50-85% 溫敏性聚合物 5-30% 生物大分子 5-30% 細胞生長因子及營養組分1-5%。
[0015] 本發明中的溫敏性聚合物選自聚N-異丙基丙基酰胺類、ΡΕ0-ΡΡ0-ΡΕ0三嵌段共聚 物以及具有溫變性的改性天然高分子，優選其中一種。
[0016] 本發明中的生物大分子選自纖維素、透明質酸、殼聚糖、海藻酸類天然高分子及其 改性物中的一種或多種。
[0017] 本發明材料中還含有光聚合引發劑，交聯劑和其他調節劑，其中光聚合引發劑和 交聯劑可以選擇其種一種或兩種，二者均用于調控水凝膠的網絡結構的交聯度。
[0018] 本發明3D生物打印水凝膠材料優選由以下質量百分含量的組分組成：
[0019] 水 50-90% 溫敏性聚合物 5-30% 生物大分子 5-30% 細胞生長因子及營養組分 1-5% 光聚合引發劑 1-2% 交聯劑 0-2% 其它調節劑 0-1%
[0020] 以上各組分的百分比之和為100%。
[0021] 本發明中的溫敏性聚合物為聚N-異丙基丙基酰胺（p(NIPAAm))類、ΡΕ0-ΡΡ0-ΡΕ0 三嵌段共聚物（泊洛沙姆）以及具有溫變性的改性天然高分子中的一種。
[0022] 本發明中的生物大分子為纖維素、透明質酸、殼聚糖、海藻酸類天然高分子及其改 性物中的一種或多種。
[0023] 本發明3D生物打印水凝膠材料制備時將各組分于常溫下混合均勻即可。
[0024] 本發明3D生物打印水凝膠材料在3D生物打印中的應用，本發明應用于3D生物打 印時易于成型。
[0025] 本發明相對于現有技術，有以下優點：
[0026] 本發明的3D打印水凝膠材料用于人體內時，免疫排斥小，抗過敏，無需大量長期 服用抗排斥與抗過敏藥物，有利于人體健康恢復。生物降解性好，安全無毒，無需二次開刀 取出，減小了病人的二次損傷。
[0027] 本發明3D打印水凝膠材料具有與人體軟組織相仿的力學性質，可調的孔隙率，并 可包裹細胞，有良好的細胞黏附性，為引導其生長、增殖提供支撐骨架及合適的生理條件。
[0028] 本發明3D打印水凝膠材料，配合相應的技術設備，可實現其大小、結構等方面的 個性化設計，為使用對象提供"一對一"匹配的產品。 【【具體實施方式】】
[0029] 下面結合具體實施例對本發明作進一步描述：
[0030] 實施例1 :
[0031] 3D生物打印水凝膠材料的質量百分含量配比為：
[0032] 水80 %，溫敏性聚合物10 %，生物大分子6. 5 %，細胞生長因子及營養組分1 %，光 聚合引發劑1份，交聯劑1份，其他調節劑〇. 5份。
[0033] 實施例2 :
[0034] 3D生物打印水凝膠材料的質量百分含量配比為：
[0035] 水85%，溫敏性聚合物5%，生物大分子8%，光聚合引發劑1%，細胞生長因子及 營養組分1 %。
[0036] 實施例3 :
[0037] 3D生物打印水凝膠材料的質量百分含量配比為：
[0038] 水86. 5 %，溫敏性聚合物5 %，生物大分子5 %，細胞生長因子及營養組分1 %，光 聚合引發劑1 %，交聯劑1 %，其他調節劑〇. 5 %。
[0039] 實施例4 :
[0040] 3D生物打印水凝膠材料的質量百分含量配比為：
[0041] 水50 %，溫敏性聚合物15 %，生物大分子25 %，細胞生長因子及營養組分5 %，光 聚合引發劑2 %，交聯劑2 %，其他調節劑1 %。實施例5 :
[0042] 3D生物打印水凝膠材料的質量百分含量配比為：
[0043] 水64%，溫敏性聚合物15%，生物大分子15%，細胞生長因子及營養組分3%，光 聚合引發劑1 %，交聯劑1 %，其他調節劑1 %。實施例6 :
[0044] 3D生物打印水凝膠材料的質量百分含量配比為：
[0045] 水50%，溫敏性聚合物30%，生物大分子12%，細胞生長因子及營養組分3%，光 聚合引發劑2 %，交聯劑2 %，其他調節劑1 %。實施例7 :
【權利要求】
1. 一種3D生物打印水凝膠材料，其特征在于含有細胞生長因子及營養組分。
2. 根據權利要求1所述的一種3D生物打印水凝膠材料，其特征在于含有水，溫敏性聚 合物和生物大分子。
3. 根據權利要求2所述的一種3D生物打印水凝膠材料，其特征在于所述各組分的質量 百分比為： 水 50-85% 溫敏性聚合物 5-30% 生物大分子 5-30% 細胞生長因子及營養組分1-5%。
4. 根據權利要求3所述的一種3D生物打印水凝膠材料，其特征在于還含有光聚合引發 齊[J，交聯劑和其他調節劑。
5. 根據權利要求2-4中任一項所述的一種3D生物打印水凝膠材料，其特征在于所述的 溫敏性聚合物選自聚N-異丙基丙基酰胺類、ΡΕ0-ΡΡ0-ΡΕ0三嵌段共聚物以及具有溫變性的 改性天然高分子。
6. 根據權利要求2-4中任一項所述的一種3D生物打印水凝膠材料，其特征在于所述的 生物大分子選自纖維素、透明質酸、殼聚糖、海藻酸類天然高分子及其改性物。
7. -種權利要求1所述的3D生物打印水凝膠材料在3D生物打印中的應用。
【文檔編號】A61L27/50GK104107457SQ201410363077
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年7月28日 優先權日:2014年5月28日
【發明者】段升華, 潘靜雯 申請人:段升華