一种用于皮肤支架3D打印的生物水凝胶及其制备方法，属于3D打印技术领域，它由NCC 1～15%、胶原 COL 65～98%、交联剂0.01%～20%；方法是将NCC、COL和交联剂采用溶液共混法搅拌均匀，待其完全交联后制得改性胶原蛋白皮肤支架材料。本发明专利技术使用的NCC和COL都为天然的高聚物，具有良好的生物相容性和生物可降解性；NCC作为增强填充物，与交联剂共同作用使得改性胶原蛋白的断裂伸长率、强度、柔韧性及耐热性等均有所提高，同时也提高了植物纤维的附加值。解决了现有3D皮肤支架打印材料存在的生物相容性较差或力学性能不足的问题。
Biological hydrogel for skin bracket 3D printing and preparation method thereof
A hydrogel and a preparation method thereof for biological scaffolds for skin 3D printing, which belongs to the technical field of 3D printing, which is composed of NCC 1 ~ 15%, 65 ~ 98% COL collagen crosslinking agent, 0.01% to 20%; the method is NCC, COL and crosslinking agent by solution blending method stir until completely crosslinked preparation of modified collagen scaffold materials of skin. The invention uses the NCC and COL are natural polymers, has good compatibility and biodegradability of the organism; NCC as reinforcing filler, and crosslinking agent interaction makes elongation, strength, flexibility and heat resistance of modified collagen increased, but also improve the added value of plant fiber. The invention solves the problems of poor biocompatibility and mechanical property of the existing 3D skin scaffold printing material.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于3D打印
，涉及一种用于皮肤支架3D打印的生物水凝胶及其制备方法，具体的说是涉及一种具有生物相容性、生物可降解性、生物活性并满足皮肤支架力学性能的复合材料及其制备方法。
技术介绍
皮肤是人体最大的器官，大面积暴露于外部环境的皮肤组织时刻可能受到损伤，其中烧伤、机械创伤以及慢性疾病导致的溃疡是造成皮肤缺损及功能丧失的主要原因，对于任何直径大于４cm的全层皮肤缺损，人体都无法通过自身来完全愈合。近年来组织工程技术的发展为其治疗提供了新思路，成为近年研究热点。组织工程皮肤是指由将细胞或细胞外基质或两者共同结合组成的皮肤产品。多采用低温成型和模型注塑，步骤繁琐，各过程精度不易把握，制作的支架性能差异很大，也不能随意改变支架的走向和孔隙，3D打印技术的出现为解决上述问题提供了可能。3D打印机能按照预设的模型精准打印，具有成型迅速、样品标准、规模量产等优点，并且可通过改变各种参数打印出不同规模的支架。3D打印皮肤支架所使用的材料在组织工程皮肤构建中起着重要作用，支架材料的研究及选择是人工皮肤的重要研究内容，同时也制约着3D打印组织工程支架的发展。皮肤组织工程的3D生物打印材料分为人工合成材料和天然高分子材料两大类。人工合成材料包括聚交酯，聚羟基烷酸酯，聚碳酸酯，聚乳酸，聚羟基乙酸等。人工合成材料具有良好的力学性能和可塑性，容易打印成型，但其降解产物多引起周围炎症，生物相容性较差。天然高分子材料包括胶原、壳聚糖、细胞基质等。天然高分子具有良好的生物相容性、生物可降解性及生物活性，可以更好的诱导受伤皮肤的自我恢复。但天然高分子材料力学性能较差，且在体内各种酶的作用下降解速度过快，新生组织还未长好时支架已经坍塌。因此，寻找一种具有良好生物相容性、生物可降解性、生物活性及力学性能的材料尤为重要。一旦解决了3D打印皮肤支架的材料问题，该技术将快速运用到皮肤损伤的治疗中。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述现有技术存在的不足，本专利技术提供了一种用于皮肤支架3D打印的生物水凝胶及其制备方法，可减缓胶原在人体内的降解速度，可进一步提高生物水凝胶的力学性能和稳定性能。本专利技术的技术方案是：一种用于皮肤支架3D打印的生物水凝胶，其特征在于，所述生物水凝胶由以下固体质量百分含量的原料组成：NCC(纳米纤维素)1～15%、COL(胶原)65～98%、交联剂0.01%～20%。所述交联剂为京尼平、硫酸肝素、戊二醛中的任意一种。所述的COL是指Ⅰ型、Ⅱ型或两者的混合。所述NCC是从天然植物纤维或微晶纤维素中分离得到，NCC的直径为1～20nm，长度为100～1500nm。一种用于皮肤支架3D打印的生物水凝胶的制备方法，其特征在于，包括如下操作步骤：(1)准备溶剂：采用醋酸水溶液、六氟异丙醇、1，4-二氧六烷中的一种或任意几种混合；(2)将NCC、COL置于步骤1的溶剂中进行共混，共混温度为1～25℃，共混时间为6～48h，搅拌速度200～2000rpm后得到NCC-COL共混液；(3)将交联剂加入到步骤2中的NCC-COL共混液中，在1～25℃条件下搅拌1～4h，搅拌速度200～2000rpm，4℃静置过夜待其充分交联，得到NCC增强的交联改性胶原蛋白生物水凝胶；(4)将制得的生物水凝胶在1～10℃条件下进行无菌储存。本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术所使用的NCC可从诸多天然植物、农作物废弃物，或从从微晶纤维素中通过常规化学方法获取，提高了植物纤维的附加价值；(2)本专利技术所使用的NCC为直径1～20nm，长度100～1500nm，如此小的粒径更便于从3D喷头中挤出；(3)本专利技术所使用的NCC和胶原具有良好的生物可降解性和生物相容性，此外，胶原用作皮肤支架材料具有很好的生物活性；(4)使用交联剂对胶原进行交联改性，可提高胶原本身的机械强度，并提高了胶原的稳定性，可减缓胶原在人体内的降解速度；(5)NCC作为增强填充材料，由于其自身的高纵横比和高杨氏模量可进一步提高生物水凝胶的力学性能。具体实施方式下面通过实施例对本专利技术作进一步的说明：具体实施方式1(1)各原料的固体质量百分含量：NCC2%，COL(Ⅰ型)97%，硫酸肝素1%；(2)所使用的溶剂为0.5mol/L的醋酸水溶液，溶质总质量与溶剂的质量比为2：98；(3)NCC与COL于4℃共混10h，搅拌速度1000rpm，后加入硫酸肝素4℃共混1h，静置过夜；(4)1℃无菌储存备用。具体实施方式2(1)各原料的固体质量百分含量：NCC6%，COL(Ⅰ型和Ⅱ型混合)92%，硫酸肝素4%；(2)所使用的溶剂为六氟异丙醇与醋酸水溶液的混合液，溶质总质量与溶剂的质量比为4：96；(3)NCC与COL于8℃共混12h，搅拌速度800rpm，后加入硫酸肝素4℃共混2h，静置过夜；(4)4℃无菌储存备用。具体实施方式3(1)各原料的固体质量百分含量：NCC10%，COL(Ⅰ型和Ⅱ型混合)82%，硫酸肝素8%；(2)所使用的溶剂为1，4-二氧六烷与醋酸水溶液的混合液，溶质总质量与溶剂的质量比为7：93；(3)NCC与COL于12℃共混24h，搅拌速度800rpm，后加入硫酸肝素12℃共混2h，静置过夜；(4)6℃无菌储存备用。具体实施方式4(1)各原料的固体质量百分含量：NCC10%，COL(Ⅰ型和Ⅱ型混合)82%，京尼平8%；(2)所使用的溶剂为0.5mol/L的醋酸水溶液，溶质总质量与溶剂的质量比为2：98；(3)NCC与COL于14℃共混15h，搅拌速度800rpm，后加入硫酸肝素14℃共混2h，静置过夜；(4)2℃无菌储存备用。具体实施方式5(1)各原料的固体质量百分含量：NCC10%，COL(Ⅰ型和Ⅱ型混合)82%，京尼平8%；(2)所使用的溶剂为六氟异丙醇与醋酸水溶液的混合液，溶质总质量与溶剂的质量比为8：92；(3)NCC与COL于8℃共混12h，搅拌速度600rpm，后加入硫酸肝素8℃共混2h，静置过夜；(4)3℃无菌储存备用。具体实施方式6(1)各原料的质量百分含量：NCC6%，COL(Ⅰ型和Ⅱ型混合)91%，戊二醛3%；(2)所使用的溶剂为六氟异丙醇、1，4-二氧六烷及醋酸水溶液混合液，溶质总质量与溶剂的质量比为15：85；(3)NCC与COL于8℃共混12h，搅拌速度600rpm，后加入硫酸肝素8℃共混2h，静置过夜；(4)5℃无菌储存备用。具体实施方式7(1)各原料的质量百分含量：NCC4%，COL(Ⅰ型和Ⅱ型混合)86%，戊二醛10%；(2)所使用的溶剂为六氟异丙醇、1，4-二氧六烷及醋酸水溶液混合液，溶质总质量与溶剂的质量比为10：90；(3)NCC与COL于6℃共混12h，搅拌速度500rpm，后加入硫酸肝素6℃共混2h，静置过夜；(4)7℃无菌储存备用。将制备的生物水凝胶做成圆柱体形，高度为12mm，直径为20mm，温度25℃，相对湿度50%条件下的力学性能如下表：名称压缩破坏强度纯胶原蛋白水凝胶1.9Kpa具体实施方式一所得生物水凝胶18.4KPa具体实施方式二所得生物水凝胶20.1KPa具体实施方式三所得生物水凝胶19.6KPa具体实施方式四所得生物水凝胶17.2KPa具体实施方式五所得生物水凝胶22.3KPa具体实施方式六所得生物水凝胶15.本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于皮肤支架3D打印的生物水凝胶，其特征在于，所述生物水凝胶由以下固体质量百分含量的原料组成：NCC 1～15%、COL 65～98%、交联剂 0.01%～20%。
【技术特征摘要】
1.一种用于皮肤支架3D打印的生物水凝胶，其特征在于，所述生物水凝胶由以下固体质量百分含量的原料组成：NCC1～15%、COL65～98%、交联剂0.01%～20%。2.根据权利要求1所述的一种用于皮肤支架3D打印的生物水凝胶，其特征在于：所述交联剂为京尼平、硫酸肝素、戊二醛中的任意一种。3.根据权利要求1所述的一种用于皮肤支架3D打印的生物水凝胶，其特征在于：所述的COL是指Ⅰ型、Ⅱ型或两者的混合。4.根据权利要求1所述的一种用于皮肤支架3D打印的生物水凝胶，其特征在于：所述NCC是从天然植物纤维或微晶纤维素中分离得到，NCC的直径为1～20nm，长度为100～1500nm。...
【专利技术属性】
技术研发人员：周骥平，姜亚妮，许晓东，张琦，朱兴龙，赵国琦，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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