一种3D打印魔芋胶水凝胶支架及制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种3D打印魔芋胶水凝胶支架及制备方法和应用。该本发明专利技术为一种3D打印魔芋胶水凝胶支架及制备方法和应用，所述魔芋胶水凝胶为甲基丙烯酸酯化魔芋胶水凝胶。所述制备方法包括以下步骤：甲基丙烯酸酐改性魔芋胶水凝胶原料，透析、冻干，获得甲基丙烯酸酯化魔芋胶粉末；接着用含光引发剂的PBS进行溶解得水凝胶；将所得水凝胶或与软骨细胞复合经3D–Bioplotter system打印，后进行紫外光交联，即得所述魔芋胶水凝胶支架产物。所述支架复合软骨细胞，有潜力用于软骨修复工程。本发明专利技术具有生物相容性好、材料性能可控、成本低、来源广、操作简单的效果。

3D printing konjac glue gel support and preparation method and application thereof

The invention discloses a 3D printing konjac gluing gel bracket and a preparation method and application thereof. The invention is a 3D printing konjac glued gel gel and a preparation method and application thereof. The konjac glued gel is methacrylic acid konjac glued hydrogel. The preparation method comprises the following steps: methacrylic acid anhydride modified konjac gel hydrogel raw material, dialysis and freeze-drying, obtaining methacrylic acid konjac gum powder, and then dissolving hydrogel with PBS containing photoinitiator, printing the obtained hydrogel or combined with chondrocytes through 3D - Bioplotter system, and then cross-linking with ultraviolet light, so as to obtain the konjac gluewater gel support. Products. The scaffold is composite with chondrocytes and has the potential to be used in cartilage repair engineering. The invention has the advantages of good biocompatibility, controllable material performance, low cost, wide source and simple operation.

【技术实现步骤摘要】
一种3D打印魔芋胶水凝胶支架及制备方法和应用
本专利技术涉及生物复合材料
，特别涉及一种3D打印魔芋胶水凝胶支架及制备方法和应用。
技术介绍
组织工程为人体组织器官的再生修复提供了一种新的治疗方法，组织工程技术包括了静电纺丝和3D打印技术，前者主要为细胞提供一种二维的微环境，这远不能满足仿生组织器官的3维微环境，而后者却可以达到。3D生物打印技术能在微米级精确度下堆积生物材料，调控活细胞和功能分子的空间分布，进而重塑3D组织和器官复杂生理微环境。然而，生物材料缺乏个体化的生化性和力学性能仍是限制3D打印技术应用的障碍。目前，水凝胶是常用的一种生物墨水，因其水分含量高和纤维状的网络结构类似于组织的细胞外基质的结构。它包括合成水凝胶和天然水凝胶。合成材料如PEGDA、PCL等，由于其生物相容性差、生化性能欠佳及降解产物会引起大型动物炎症等而使其应用受限。天然水凝胶具有良好的生物相容性和低免疫原性，因而常作为生物墨水，如透明质酸、海藻酸钠、壳聚糖、明胶、丝胶蛋白等。但这些墨水的应用都受到限制，首先，它们的水凝胶缺乏剪切稀化性，打印时，打印压力高，致使复合的细胞受到压力过高，影响细胞的活性，进而影响组织的再生修复。另外这些墨水的前驱溶液表现出低黏性，致使打印后的支架很难保持所需形状，因而不满足简单的挤压式打印需求；即使能打印，也对打印机及打印技术有更高的要求，如明胶需要低温协助打印。此外，蛋白类的墨水，还存在一定的免疫原性，可能会引起动物炎症，如丝胶蛋白。所以，寻求一种同时满足生物相容性和打印性的墨水仍非常必要。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供了一种3D打印魔芋胶水凝胶支架及制备方法和应用，步骤如下：魔芋胶原料溶于超纯水中，在50℃下制备魔芋胶水溶液，分别加入不同改性剂进行改性，充分搅拌，接着滴加氢氧化钠使反应体系的pH维持在7-8，持续反应6h，制备不同接枝度衍生物，所得产物透析，冻干，获得改性魔芋胶；再用含浓度为0.1％w/v的光引发剂的PBS完全溶解制备成魔芋胶水凝胶；之后将所得魔芋胶水凝胶或与软骨细胞溶液复合通过3D–Bioplottersystem进行挤压式打印，通过喷出的纤维丝逐层堆积，形成魔芋胶水凝胶支架，打印后的支架进行紫外光交联，即得产物。其有益效果是，魔芋胶是可食用的材料，是一种天然水溶性多糖，无毒，低免疫原性，具有良好的生物相容性与生物安全性材料，已被用于皮肤修复和作为药物的载体，可作为3D打印生物墨水，光交联由于其短时间内完成，不但能提高材料的力学性能，且能实现打印支架的形状保真性，应用于打印中，魔芋胶的分子结构中含有羟基，能发生酯化反应，有望接枝甲基丙烯酸酐，进行紫外光交联，该技术方案的制备和操作方法简单，反应条件温和，所需条件要求不苛刻；支架紫外光交联能维持打印支架的形状，所以能较好的实现打印支架的保真性，可用于软骨修复。在一些实施方式中，魔芋胶进行改性时，所述魔芋胶水溶液浓度为1％-2％w/v。在一些实施方式中，改性剂为甲基丙烯酸酐。其有益效果是，甲基丙烯酸酐成功接枝在魔芋胶结构上。在一些实施方式中，甲基丙烯酸酐的浓度分别为1.34mM和26.86mM。其有益效果是，通过调控加入甲基丙烯酸酐的接枝度，进而控制支架的微结构、力学性能及细胞活性，探讨利于细胞生长的微环境。在一些实施方式中，魔芋胶水凝胶进行打印的浓度为6％。其有益效果是，6％(w/v)所需打印电压较低，其对复合细胞打印的细胞活性损害较小。打印时，会对负载的细胞产生压力，可能影响细胞的活性，为软骨修复提供初步的研究基础。在一些实施方式中，魔芋胶水凝胶支架进行紫外光交联的时长为60s。其有益效果是，短时间内完成交联，较好实现支架的保真性。在一些实施方式中，软骨细胞溶液浓度为(1*107cell/ml)。以上制备方法中的反应条件温和，所需条件要求不苛刻；支架发生紫外光交联短时间内完成，所以能较好的实现打印支架的保真性，可用于软骨修复。一种3D打印魔芋胶水凝胶支架，采用上述的方法所制备而成。其有益效果是，克服了现有水凝胶材料缺点，同时充分展现了支架材料自身的优良性能，材料设计简单，支架外形和微结构可控，力学性能可调整，成本低，来源广，可用于复合软骨细胞，为发现新的组织工程支架提供初步的研究基础。3D打印魔芋胶水凝胶支架在人体组织工程中的应用。其有益效果是，3D打印魔芋胶水凝胶支架能复合软骨细胞，能够应用于人体组织工程中，用于软骨修复工程。本专利技术的有效果设计使设计一种3D打印魔芋胶水凝胶支架，克服了现有水凝胶材料缺点，同时充分展现了支架材料自身的优良性能。本专利技术的材料设计简单，支架外形和微结构可控，力学性能可调整，成本低，来源广，可用于复合软骨细胞，为发现新的组织工程支架提供初步的研究基础。附图说明图1分别为魔芋胶、低接枝度魔芋胶、高接枝度魔芋胶的核磁共振检测的结果图；图2为本专利技术的3D打印魔芋胶水凝胶支架的实物图；图3为本专利技术的3D打印魔芋胶水凝胶支架电镜图；图4为本专利技术的力学性能测试的结果图；图5本专利技术不同接枝度改性魔芋胶复合软骨细胞的打印24小时后细胞活性结果图。具体实施方式下面结合实施例及附图对本专利技术做进一步说明，但本专利技术的保护范围不限于此。本专利技术提供了一种3D打印魔芋胶水凝胶支架的制备方法，所述方法包括如下步骤：魔芋胶原料溶于超纯水中，在50℃下制备2％(w/v)魔芋胶水溶液，分别加入不同甲基丙烯酸酐改性，充分搅拌，接着滴加氢氧化钠使反应体系的pH维持在7-8，持续反应6h，制备不同接枝度衍生物，所得产物透析，冻干，获得改性魔芋胶；再用含光引发剂(0.1％w/v)的PBS完全溶解制备成水凝胶；之后将所得水凝胶或与软骨细胞(1*107cell/ml)复合通过3D–Bioplottersystem进行挤压式打印，通过喷出的纤维丝逐层堆积，形成支架，打印后的支架进行紫外光交联60s，即得产物。实例1其中甲基丙烯酸酐改性魔芋胶实验中，逐滴加入5M氢氧化钠维持一定的pH进行反应，pH选择为7-8，8-9，按如下步骤制备甲基丙烯酸酯化魔芋胶：在50℃条件下，制备2％(w/v)魔芋胶溶液，加入甲基丙烯酸酐，磁力搅拌混匀后，逐滴加入5M氢氧化钠维持pH分别为7-8，8-9。持续反应6h后，在4℃下，超纯水透析一周，冻干得产物。通过比较产物甲基丙烯酸酐的接枝度，发现pH7-8时，产物的接枝甲基丙烯酸酐的效率较高。实施例2其中魔芋胶的打印浓度可为6％，7％，8％，三种浓度的水凝胶按如下步骤制备3D打印支架：将冻干的甲基丙烯酸酯化魔芋胶用含光引发剂(0.1％w/v)的PBS完全溶解制备成水凝胶；之后将所得水凝胶或与软骨细胞(1*107cell/ml)复合通过3D–Bioplottersystem进行挤压式打印，通过喷出的纤维丝逐层堆积，形成支架，打印后的支架进行紫外光交联60s，即得产物。将三种支架和打印参数比较本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种3D打印魔芋胶水凝胶支架的制备方法，其特征在于，步骤如下：/n魔芋胶原料溶于超纯水中，在50℃下制备魔芋胶水溶液，分别加入不同改性剂进行改性，充分搅拌，接着滴加氢氧化钠使反应体系的pH维持在7-8，持续反应6h，制备不同接枝度衍生物，所得产物透析，冻干，获得改性魔芋胶；再用含浓度为0.1％w/v的光引发剂的PBS完全溶解制备成魔芋胶水凝胶；之后将所得魔芋胶水凝胶或与软骨细胞溶液复合通过3D–Bioplotter system进行挤压式打印，通过喷出的纤维丝逐层堆积，形成魔芋胶水凝胶支架，打印后的支架进行紫外光交联，即得产物。/n

【技术特征摘要】
1.一种3D打印魔芋胶水凝胶支架的制备方法，其特征在于，步骤如下：
魔芋胶原料溶于超纯水中，在50℃下制备魔芋胶水溶液，分别加入不同改性剂进行改性，充分搅拌，接着滴加氢氧化钠使反应体系的pH维持在7-8，持续反应6h，制备不同接枝度衍生物，所得产物透析，冻干，获得改性魔芋胶；再用含浓度为0.1％w/v的光引发剂的PBS完全溶解制备成魔芋胶水凝胶；之后将所得魔芋胶水凝胶或与软骨细胞溶液复合通过3D–Bioplottersystem进行挤压式打印，通过喷出的纤维丝逐层堆积，形成魔芋胶水凝胶支架，打印后的支架进行紫外光交联，即得产物。


2.根据权利要求1所述的3D打印魔芋胶水凝胶支架的制备方法，其特征在于，魔芋胶进行改性时，所述魔芋胶水溶液浓度为1％-2％w/v。


3.根据权利要求1所述的3D打印魔芋胶水凝胶支架的制备方法，其特征在于，所述改性剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑立，赵劲民，覃再嫩，庞运芬，梁锐明，黄权新，
申请(专利权)人：广西医科大学，
类型：发明
国别省市：广西;45