生物墨水、小口径管状结构支架及其制备方法和应用技术

本申请实施例提供一种生物墨水，用于3D打印，包括N‑丙烯酰基甘氨酰胺、高分子聚合物和纳米黏土，其中，所述高分子聚合物包括改性明胶、双键修饰的海藻酸盐、双键修饰的胶原和双键修饰的透明质酸中的一种或多种；所述N‑丙烯酰基甘氨酰胺和所述高分子聚合物的质量比为(0.1‑10):1。该生物墨水配方简单，由所述生物墨水固化形成的复合材料网络交联度高，结构稳定，机械性能强，以及具有高生物相容活性。本申请还提供了由该生物墨水经3D打印形成的小口径管状结构支架及其制备方法和应用。

【技术实现步骤摘要】
生物墨水、小口径管状结构支架及其制备方法和应用
本申请涉及生物医学材料
，特别是涉及生物墨水、小口径管状结构支架及其制备方法和应用。
技术介绍
3D打印技术在建筑、航天、汽车工业等领域得到广泛应用。随着生物科技发展，3D打印在生物医学领域中发挥的作用也愈加重要。例如，利用3D同轴打印技术构建三维管状结构支架可用以模拟人体尿管、肠管、食管、气管、胆管、血管等管状组织，在医学领域具有重要意义。生物墨水是3D打印的主要原料。目前，关于制备大口径管状结构支架(Φ>6mm)的技术相对比较成熟，在一定程度上能够满足临床需求。然而对于小口径管状结构支架往往存在机械性能差的缺点，尤其是在长期处于液体流体剪切力下，其结构稳定性往往会大幅降低，极大地限制了其在在再生医学、药物毒理学研究和基础研究的应用和发展。而传统琼脂糖模板牺牲法、静电纺丝法、立体光刻法、自主装法以及微流控技术等，也存在操作复杂、精度低及快速个性化定制难度大等缺点，且制得的管状结构支架的机械性能差、结构稳定性差及生物相容活性低等。
技术实现思路
有鉴于此，本申请实施例提供了一种生物墨水、小口径管状结构支架及其制备方法和应用，该生物墨水配方简单，由所述生物墨水固化形成的复合材料网络交联度高，结构稳定，机械性能强，以及具有高生物相容活性。第一方面，本申请提供了一种生物墨水，用于3D打印，包括N-丙烯酰基甘氨酰胺(NAGA)、高分子聚合物和纳米黏土(Clay)，其中，所述高分子聚合物包括改性明胶、双键修饰的海藻酸盐、双键修饰的胶原和双键修饰的透明质酸中的一种或多种；所述N-丙烯酰基甘氨酰胺和所述高分子聚合物的质量比为(0.1-10):1。本申请所述生物墨水呈水凝胶状。可选地，所述生物墨水由N-丙烯酰基甘氨酰胺、高分子聚合物、纳米黏土和余量水组成。本申请实施方式中，所述N-丙烯酰基甘氨酰胺的侧链带有两个酰胺基团。其中，所述N-丙烯酰基甘氨酰胺可以甘氨酰胺盐酸盐和丙烯酰氯为原材料制备获得。可选地，所述改性明胶为甲基丙烯酸酐改性明胶(GelMA)。其中，所述明胶来源于天然明胶，例如，动物明胶。一实施方式中，所述明胶来源于猪皮明胶。可选地，所述改性明胶的双键接枝率大于70％。可选地，所述改性明胶的双键接枝率为70-85％。可选地，所述改性明胶的双键接枝率为81-85％。例如，所述改性明胶的双键接枝率为70％，75％，78％，81％，82％，83％，84％或85％。可选地，所述改性明胶的分子量大于12-14kDa。一实施方式中，所述改性明胶的分子量为15-60kDa。本申请所述双键接枝率范围和分子量的改性明胶有利于形成的生物墨水固化后具备更高的网络交联度，结构更稳定。可选地，所述N-丙烯酰基甘氨酰胺和改性明胶的质量比为(1-10):1。例如，所述N-丙烯酰基甘氨酰胺和改性明胶的质量比为1:9，3:7，1:1，5:5，7:3，9:1或10:1。本申请实施方式中，所述纳米黏土为纳米片状，所述纳米黏土的横向尺寸为20-40nm；厚度为0.5-5nm。可选地，所述纳米黏土的横向尺寸为25-45nm；厚度为0.5-3nm。可选地，所述N-丙烯酰基甘氨酰胺在所述生物墨水中的质量百分含量为10％-30％。一实施方式中，所述N-丙烯酰基甘氨酰胺在所述生物墨水中的质量百分含量为12％-26％。另一实施方式中，所述N-丙烯酰基甘氨酰胺在所述生物墨水中的质量百分含量为20％-26％。例如，所述N-丙烯酰基甘氨酰胺在所述生物墨水中的质量百分含量10％、12％、15％、18％、20％、25％、28％、29％或30％。可选地，所述高分子聚合物在所述生物墨水中的质量百分含量为1％-16％。一实施方式中，所述高分子聚合物在所述生物墨水中的质量百分含量为2％-15％。另一实施方式中，所述高分子聚合物在所述生物墨水中的质量百分含量为5％-15％。第三实施方式中，所述高分子聚合物在所述生物墨水中的质量百分含量为10％-15％。例如，所述高分子聚合物在所述生物墨水中的质量百分含量1％、2％、5％、8％、10％、12％、13％、15％或16％。本申请中，当所述生物墨水固化交联时，高分子聚合物能参与交联；其中，改性明胶、双键修饰的海藻酸盐、双键修饰的胶原或双键修饰的透明质酸通过分子中的双键进行交联。可选地，所述纳米黏土在所述生物墨水中的质量百分含量为3-10％。可选地，所述纳米黏土在所述生物墨水中的质量百分含量为4-10％。或者，所述纳米黏土在所述生物墨水中的质量百分含量为5-8％。本申请一具体实施方式中，所述纳米黏土的质量百分含量为3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％。本本申请所述生物墨水中的纳米黏土可以提升所述生物墨水固化后的网路交联度和机械性能。可选地，所述生物墨水还包括光引发剂，所述光引发剂在所述生物墨水中的质量百分含量为0.1％-0.5％。例如，所述生物墨水由N-丙烯酰基甘氨酰胺、高分子聚合物、纳米黏土、光引发剂和余量水组成。可选地，所述光引发剂的质量百分含量为0.2-0.4％。本申请一具体实施方式中，所述光引发剂的质量百分含量为0.1％、0.15％、0.2％、0.25％、0.3％、0.4％或0.5％。所述光引发剂可以使所述生物墨水在光照射下加速交联固化，其中，所述含量范围的光引发剂可以促使所述生物墨水在光照射下以适宜速度交联固化，以形成机械性能良好的复合材料，避免交联固化速度过快而导致复合材料机械性能减弱，抗疲劳性能差。例如，所述光引发剂为光引发剂1173(2-Hydroxy-2-methylpropiophenone)。本申请第一方面所述的生物墨水能用于3D打印，该生物墨水该生物墨水配方简单，制备简单，可以适用于工业化生产。由所述生物墨水固化形成的复合材料网络交联度高，结构稳定，机械性能强，以及具有高生物相容活性。第二方面，本申请提供了一种小口径管状结构支架，所述小口径管状结构支架由本申请第一方面所述生物墨水经3D打印制备得到。基于不同3D打印工艺，本申请所述小口径管状结构支架的具体形状可以进行调节。可选地，所述小口径管状结构支架包括至少一根空心管状结构，所述空心管状结构的管壁包括单层或多层复合材料层，所述复合材料层由所述生物墨水固化形成。一实施方式中，所述小口径管状结构支架为一空心管状结构。本申请实施方式中，所述小口径管状结构支架的管壁可以但不限于包括单层、双层、三层或三层以上的复合材料层。每层所述复合材料层可以相同也可以不同。所述复合材料层不同是指由不同含量配比的生物墨水交联固化形成。一实施方式中，所述空心管状结构的管壁包括从内向外依次层叠的内层、中间层和外层复合材料层。本申请实施方式中，所述小口径管状结构支架的内径为0.1-2.8mm，所述小口径管状结构支架的外径为0.5-6.0mm。可选地，所述小口径管状结构支架的内径为0.1-2.0mm，所述小口径管状结构支架的外径为0.5-3.0mm。本申请所述小口径管状结构支架的内径和外径尺寸小，且具备良好本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生物墨水，用于3D打印，其特征在于，包括N-丙烯酰基甘氨酰胺、高分子聚合物和纳米黏土，其中，所述高分子聚合物包括改性明胶、双键修饰的海藻酸盐、双键修饰的胶原和双键修饰的透明质酸中的一种或多种；所述N-丙烯酰基甘氨酰胺和所述高分子聚合物的质量比为(0.1-10):1。/n

【技术特征摘要】
1.一种生物墨水，用于3D打印，其特征在于，包括N-丙烯酰基甘氨酰胺、高分子聚合物和纳米黏土，其中，所述高分子聚合物包括改性明胶、双键修饰的海藻酸盐、双键修饰的胶原和双键修饰的透明质酸中的一种或多种；所述N-丙烯酰基甘氨酰胺和所述高分子聚合物的质量比为(0.1-10):1。


2.如权利要求1所述的生物墨水，其特征在于，所述改性明胶为甲基丙烯酸酐改性明胶；所述改性明胶的双键接枝率大于70％。


3.如权利要求1所述的生物墨水，其特征在于，所述N-丙烯酰基甘氨酰胺在所述生物墨水中的质量百分含量为10％-30％。


4.如权利要求1所述的生物墨水，其特征在于，所述生物墨水还包括光引发剂，所述光引发剂在所述生物墨水中的质量百分含量为0.1％-0.5％。


5.如权利要求1所述的生物墨水，其特征在于，所述纳米黏土为纳米片状，所述纳米黏土的横向尺寸为20-40nm；厚度为0.5-5nm；所述纳米黏土在所述生物墨水中的质量百分含量为3％-10％。


6.一种小口径管状结构支架，其特征在于，所述小口径管状结构支架由权利要求1-5任一项所述生物墨水经3D打印制备得到。


7.如权利要求6所述的小口径管状结构支架，其特征在于，所述小口径管...

【专利技术属性】
技术研发人员：阮长顺，梁青飞，吴明明，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44