温度响应性可降解3D打印生物墨水及3D打印方法技术

一种温度响应性可降解3D打印生物墨水及3D打印方法，所述3D打印生物墨水由温度响应性水凝胶和生物细胞构成，所述水凝胶由具有温度响应性的PLGA‑PEG‑PLGA三嵌段共聚物按照一定比例与其他添加物混合制成，由于温度响应性的PLGA‑PEG‑PLGA三嵌段共聚物的临界相转变温度范围为20‑33℃，具有在人体体温37℃的固化成凝胶特性，从而使得本发明专利技术的3D打印生物墨水具备了同样的温度响应性及可降解特性。本发明专利技术利用上述3D打印生物墨水的温度响应性以及可降解特性，在打印之前配制预凝聚的生物墨水，打印之后对模型缓慢冷冻之后快速升温脱出水分，可以形成含有生物细胞的多孔的结构模型，可以获得多孔结构的营养和代谢通道，有利于通过3D打印获得更大更厚的组织结构。

Temperature responsive biodegradable 3D printing method for printing biological ink and 3D printing

A temperature responsive biodegradable 3D printing ink and printing method of biological 3D, the 3D printing ink by biological temperature responsive hydrogel and biological cells. The hydrogel with temperature responsive PLGA PEG PLGA three block copolymer according to a certain proportion and other additives mixed, due to the critical temperature the response of the PLGA PEG PLGA three block copolymer phase transition temperature range is 20 33 DEG C, with body temperature in the curing of 37 DEG C into the gel properties, which makes the invention of the printing ink has the same biological 3D temperature response and degradation characteristics. The invention uses the 3D printing ink temperature response and bio degradable properties, preparation of bio ink pre condensed before printing, after printing on the model after slow freezing rapid warming from water, the formation of porous structure model can contain biological cells, can obtain the porous structure of nutritional and metabolic channel, is conducive to better large thicker tissue structure by 3D printing.

【技术实现步骤摘要】
温度响应性可降解3D打印生物墨水及3D打印方法
本专利技术涉及生物
，尤其是3D生物打印
，特别涉及一种温度响应性可降解3D打印生物墨水及3D打印方法。
技术介绍
3D打印可以快速高效的制造出个性化的产品，因而逐渐被引入到生物医疗行业，以期通过3D打印技术用于组织和器官移植。《生物3D打印的最新研究及应用》(粉末冶金工业，第25卷第4期，2015年8月，张洪宝等)中对3D生物打印技术的应用划分成不同层次进行了介绍，此处引用作为参考。较高层次的3D生物打印的基本方法是，将活细胞接种到生物相容的且最后可生物降解的支架中，然后在生物反应器中进行培养，使得细胞依托支架形成的空间成长生成所需组织。例如，CN106085949A公开了一种基于3D打印成型的重建尿道假体的方法；通过细胞诱导因子分化为类上皮细胞、类平滑肌细胞，然后转化成细胞液滴，该细胞液滴有细胞和培养液水凝胶混合而成，制成可供医用3D打印机使用的生物墨水；选择胶原与藻酸盐混合的水凝胶作为支架材料的支架墨水；通过电脑控制细胞或细胞聚集体，细胞与凝胶间的比例及喷嘴的喷射位置和力度，以电控升降平台控制喷头升降，3D打印机两个喷头逐层交替打印尿道切面。通过体外培养脂肪源性干细胞，诱导其分化成尿路上皮细胞和平滑肌细胞，然后转化成细胞液滴，结合3D打印，在体外重建尿道，然后再将重建的尿道移植到患者身上去。亦即，上述现有3D生物打印技术中用到的3D生物打印材料为两种：一种是包含细胞的生物墨水，一种是用作支架的支架材料。现有技术关于3D打印的研究方向基本上就是寻找合适的生物墨水和支架材料，例如：CN104399119A公开了一种基于3D生物打印制备高力学性能软骨的方法，其通过蚕丝纤维和明胶溶液制备含软骨干细胞的生物墨水，以PCL材料形成支架(PCL是一种半结晶型聚合物，由ε-己内酯用钛催化剂、二羟基或三羟基引发剂开环聚合制得结构为[CH2-(CH2)4-COO]n的聚酯)。其中生物墨水中含有磷酸缓冲液、藻朊酸钠、明胶、甲基丙烯酸酐溶液、二水合硫酸钙、蚕丝纤维以及UV光引发剂，通过藻朊酸钠与钙离子形成离子键、明胶与甲基丙烯酸酐形成共价键提高凝胶的力学性能，打印完成之后通过UV光照射成型。再比如：CN105238132A中公开了一种用于3D打印的生物墨水，其组成成分包括具有交联功能的水溶性合成聚合物、具有交联功能的水溶性天然高分子、能自发形成特殊超微结构的生物活性组分、交联引发剂和溶剂，进一步还包括生物活性组分；墨水最后同样通过UV光照射固化成型。CN105885436A公开了一种用于3D打印的生物墨水材料及其制备方法和应用，该现有技术其实提供的是支架材料，该支架材料利用生物大分子、预交联剂、促凝剂作为支架墨水材料，打印出来后经过水洗、交联剂予以定型获得抗原性、排斥反应小且具有生物可降解性的软组织支架。以上介绍的均为包含支架的3D生物打印技术的背景情况，CN103249567A中公开的用于制造组织的装置、系统和方法中，对于3D生物打印的各种材料的组分进行了详细的罗列，其中特别提及现有技术也有无支架3D生物打印技术的尝试，但是无支架技术存在很多限制，例如难以获得复杂的几何形状、难以形成提供组织生产所需养分的血管网络等。因此，该现有技术提供的均为包含支架的3D生物打印解决方案。事实上正是由于上述原因，现有的3D生物打印技术只能打印很薄的一层组织，因为较厚组织里面没有血管等营养通道，内部的细胞难以获得营养物质，代谢产物无法排出，因而较厚的3D打印组织难以持续成长。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种温度响应性可降解3D打印生物墨水及3D打印方法，以减少或避免前面所提到的问题。具体来说，本专利技术提供了一种温度响应性可降解3D打印生物墨水及3D打印方法，其可以打印获得含有生物细胞的无支架支撑的模型，并且还可以进一步获得多孔的模型，可以为细胞生产提供营养和代谢通道，有利于通过3D打印获得更大更厚的组织结构。为解决上述技术问题，本专利技术提出了一种温度响应性可降解3D打印生物墨水，由水凝胶和生物细胞构成，其中，所述水凝胶由如下组分构成：质量分数10％～40％的PLGA-PEG-PLGA三嵌段共聚物、质量分数0.001％～1％的细胞生长因子、质量分数0.05～0.3％的消炎止血药物、余量为去离子水。进一步地，本专利技术还提供了一种上述温度响应性可降解3D打印生物墨水的制备方法，包括如下步骤：将质量分数10％～40％的PLGA-PEG-PLGA三嵌段共聚物、质量分数0.001％～1％的细胞生长因子、质量分数0.05～0.3％的消炎止血药物与余量的去离子水共混，搅拌30min，静置1～6小时制成所述水凝胶；将所述水凝胶与所述生物细胞均匀混合成所述3D打印生物墨水。另外，本专利技术还提供了一种采用上述温度响应性可降解3D打印生物墨水的3D打印方法，包括如下步骤：步骤A：采用上述温度响应性可降解3D打印生物墨水，在低于相转变的温度条件下，加入大豆分离蛋白溶液搅拌均匀，然后加入硫酸钙溶液均匀混合成备用的3D打印材料；步骤B：控制3D生物打印机的墨水仓温度低于相转变温度，打印台面温度为37摄氏度，通过3D打印喷头将所述3D打印材料打印成模型。优选地，所述步骤A中，所述生物细胞在制备所述3D打印生物墨水之前，对所述生物细胞进行保护处理：将所述生物细胞与浓度为10％的甘油以及浓度为10％的淀粉溶液均匀混合静置2-3小时。优选地，上述方法还可以进一步包括如下步骤：步骤C：将所述模型置于温控箱内，缓慢降低所述温控箱内的温度至0度以下，使所述模型中的水分完全结冰；步骤D：快速升高所述温控箱内的温度至37摄氏度，使所述模型中的水凝胶完全固化，从而获得含有生物细胞的多孔的结构模型。优选地，所述步骤C中，以每小时4-5度的速度缓慢降低所述温控箱内的温度至零下15至零下20度。优选地，所述步骤D中，向所述温控箱内输送37度的干燥热风，使所述模型中的冰快速转换成气体从所述模型逸出，从而在所述模型上形成多孔结构。优选地，所述方法进一步包括，在获得所述含有生物细胞的所述多孔的结构模型之后，在所述多孔结构中注入血管内皮细胞，使所述血管内皮细胞附着在结构孔隙骨架上，之后将所述模型置于营养溶液中进行培养，通过所述血管内皮细胞生长出血管，所述模型中原有的细胞生长成所需的组织，生长出的血管进一步为所需的组织提供养分和代谢通道。优选地，所述方法进一步包括：在获得所述含有生物细胞的所述多孔的结构模型之后，将所述模型通过激光均匀打出贯通的平行通孔，用于将模型中的孔洞连通起来，然后在所述多孔结构中注入血管内皮细胞，使所述血管内皮细胞附着在结构孔隙骨架上，之后将所述模型置于营养溶液中进行培养，通过所述血管内皮细胞生长出血管，所述模型中原有的细胞生长成所需的组织，生长出的血管进一步为所需的组织提供养分和代谢通道。本专利技术的温度响应性可降解3D打印生物墨水由水凝胶和生物细胞构成，所述水凝胶由具有温度响应性的PLGA-PEG-PLGA三嵌段共聚物按照一定比例与其他添加物，例如细胞生长因子和消炎止血药物及去离子水混合制成，由于温度响应性的PLGA-PEG-PLGA三嵌段共聚物的临界相转变温度范围为20-33℃，具有在人体体温37℃的固本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种温度响应性可降解3D打印生物墨水，由水凝胶和生物细胞构成，其特征在于，所述水凝胶由如下组分构成：质量分数10％～40％的PLGA‑PEG‑PLGA三嵌段共聚物、质量分数0.001％～1％的细胞生长因子、质量分数0.05～0.3％的消炎止血药物、余量为去离子水。

【技术特征摘要】
2016.12.09 CN 20161112863551.一种温度响应性可降解3D打印生物墨水，由水凝胶和生物细胞构成，其特征在于，所述水凝胶由如下组分构成：质量分数10％～40％的PLGA-PEG-PLGA三嵌段共聚物、质量分数0.001％～1％的细胞生长因子、质量分数0.05～0.3％的消炎止血药物、余量为去离子水。2.一种如权利要求1所述的温度响应性可降解3D打印生物墨水的制备方法，包括如下步骤：将质量分数10％～40％的PLGA-PEG-PLGA三嵌段共聚物、质量分数0.001％～1％的细胞生长因子、质量分数0.05～0.3％的消炎止血药物与余量的去离子水共混，搅拌30min，静置1～6小时制成所述水凝胶；将所述水凝胶与所述生物细胞均匀混合成所述温度响应性可降解3D打印生物墨水。3.一种采用权利要求1所述的温度响应性可降解3D打印生物墨水的3D打印方法，包括如下步骤：步骤A：采用权利要求1所述的温度响应性可降解3D打印生物墨水，在低于相转变的温度条件下，加入大豆分离蛋白溶液搅拌均匀...

【专利技术属性】
技术研发人员：张洁，裴明黎，李天宁，徐刚毅，李杰，王利群，
申请(专利权)人：杭州铭众生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33