一种3D打印GelMA乳液多级孔支架及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种3D打印GelMA乳液多级孔支架及其制备方法与应用，该制备方法以甲基丙烯酸改性明胶(GelMA)作为乳液稳定剂，水为连续相，将透明质酸接枝多巴胺(HADA)、光引发剂溶于连续相中，十二烷为分散油相，将油相加入水相中，高速搅拌得到稳定的GelMA水包油乳液，以GelMA水包油乳液为墨水，采用挤出式3D打印并进行紫外光照射引发聚合获得三维多孔乳液支架，梯度酒精浸泡除去油相，得到3D打印GelMA乳液多级孔支架。本发明专利技术制备的GelMA乳液多级孔支架具有均一的大孔和相互连通的微孔结构、结构优异，具有优良的生物相容性和生物可降解性，该水凝胶支架在生物医药及组织工程领域具有良好的应用前景。有良好的应用前景。有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种3D打印GelMA乳液多级孔支架及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于高分子材料
，具体涉及一种3D打印GelMA乳液多级孔支架及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]要实现优异的仿生功能，理想的生物支架材料应该具有高度层次化的多级孔，因为不同的孔径发挥着不同的重要作用，例如，大孔有利于细胞渗透和营养流动等，微孔有利于细胞黏附和细胞内信号转导等。3D打印技术通过3D打印机将生物材料逐层堆积成三维实体支架，可以实现数字模型向实物的直接转变，并且能够按照实际需求对支架大孔的孔径、孔隙率和孔互连性等进行精确的控制，在宏观尺度上实现个性化定制。但是由于分辨率和打印效率的限制，很难仅通过3D打印实现多级孔结构。
[0003]乳液模板法是制备多孔支架的一种便捷且高效的方法，通常是选取合适的连续相、分散相和乳化剂，通过搅拌或剪切制备得到性能稳定的乳液，将连续相通过聚合或溶剂挥发的方法进行固定，再进行处理除去分散相模板，得到具有多孔结构的聚合物支架。通常选择一些化学合成表面活性剂作为乳化剂，但其一般具有生物毒性，且难以完全去除，限制了支架在生物医学领域的应用。为了使制备的乳液无生物毒性，选择使用生物相容性良好的甲基丙烯酸酐改性明胶(GelMA)作为乳化剂制备水包油(oil
‑
in
‑
water)乳液模板，该乳液制备快速，所形成的多孔支架孔径灵活可调控，同时易于进行界面功能化。GelMA水包油乳液具有优异的稳定性，同时适宜的粘度和流变性使其具有良好的3D适印性。将乳液模板法引入3D打印，在3D打印大孔结构的基础上引入微孔结构，从而实现便捷且高效地制备具有多级孔的支架材料，在组织工程等生物医学领域具有良好的应用前景。
[0004]本专利技术以生物相容性材料甲基丙烯酸酐改性明胶(GelMA)作为乳化剂制备水包油(oil
‑
in
‑
water)乳液模板，同时选用透明质酸接枝多巴胺(HADA)辅助增强乳液稳定性，采用3D打印结合乳液模板法构建了多级孔支架。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术的不足和缺点，本专利技术的首要目的在于提供一种3D打印GelMA乳液多级孔支架的制备方法，该制备方法以甲基丙烯酸酐改性明胶(GelMA)为乳化剂的水包油乳液墨水，通过3D打印结合乳液模板法，在紫外光照射下得到一种具有多级孔结构的3D打印GelMA乳液多级孔支架。
[0006]本专利技术的第二目的在于提供上述制备方法制备得到的3D打印GelMA乳液多级孔支架。
[0007]本专利技术的第三目的在于提供上述3D打印GelMA乳液多级孔支架的应用。
[0008]本专利技术的首要目的通过下述技术方案实现：
[0009]一种3D打印GelMA乳液多级孔支架的制备方法，包括如下步骤：
[0010](1)水凝胶预聚液的配置：将制备好的GelMA溶液和HADA溶液混合搅拌均匀，制成
水凝胶预聚液；
[0011](2)将步骤(1)制得的水凝胶预聚液中加入光引发剂，避光搅拌溶解，得到光引发剂掺杂水凝胶预聚液混合溶液；
[0012](3)将步骤(2)得到的光引发剂掺杂水凝胶预聚液混合溶液作为水相加入十二烷油相中，高速分散、搅拌，得到稳定的GelMA水包油乳液；
[0013](4)将步骤(3)得到的GelMA水包油乳液作为墨水，通过挤出式3D打印并进行紫外光照射使GelMA乳液支架在常温下聚合，经过梯度酒精浸泡除去油相，得到3D打印GelMA乳液多级孔支架。
[0014]优选地，步骤(1)中所述GelMA溶液质量浓度为5～15w/v％，接枝率为65～90％；HADA质量浓度为1～3w/v％。
[0015]优选地，步骤(1)中所述搅拌反应温度为30～50℃，搅拌时间为0.5～1h，搅拌速度为100～300rpm。
[0016]优选地，步骤(2)中所述光引发剂为2
‑
羟基
‑4′‑
(2
‑
羟乙氧基)
‑2‑
甲基苯丙酮(I2959)或苯基
‑
2,4,6
‑
三甲基苯甲酰基亚磷酸锂(LAP)中的至少一种；所述光引发剂的质量浓度为0.5～1.5w/v％。
[0017]优选地，步骤(2)中所述溶解温度为30～50℃，搅拌时间为10～30min，搅拌速度为100～300rpm。
[0018]优选地，步骤(3)中水相和油相的体积比为1：1～1：3。
[0019]优选地，步骤(3)中水相和油相的体积比为1：2。
[0020]优选地，步骤(4)中所述采用挤出式3D打印工艺条件为：反应温度为23～25℃，挤压气压为0.1～0.45MPa，挤压针头内径为250～400μm，打印速度为3
‑
10mm/s。
[0021]优选地，步骤(4)中所述紫外光照射时间为1～5min，紫外光波长为365nm，紫外光光强为10～300mw/cm2。
[0022]优选地，步骤(4)中所述梯度酒精浸泡具体步骤为：通过体积分数为50％、75％和100％酒精依次浸泡，浸泡时间为12
‑
48h，浸泡温度25～37℃。
[0023]本专利技术的第二目的通过下述技术方案实现：
[0024]一种3D打印GelMA乳液多级孔支架，由上述制备方法制备得到。
[0025]本专利技术的第三目的通过下述技术方案实现：
[0026]一种3D打印GelMA乳液多级孔支架在组织工程生物医学领域的应用。
[0027]与现有技术相比，本专利技术具有如下技术优点及有益效果：
[0028](1)本专利技术采用的GelMA水包油乳液有很高的稳定性，能够在聚合反应中维持乳液的基本结构，利于3D打印GelMA乳液多级孔支架中互连微孔的形成；
[0029](2)本专利技术采用的HADA溶液对于GelMA水包油乳液的稳定具有促进作用，利于3D打印GelMA乳液多级孔支架的制备；
[0030](3)本专利技术在制备的3D打印GelMA乳液多级孔支架中，GelMA水包油乳液粘度和流变性以及多级孔支架微孔孔径等性质可以通过调节HADA的浓度和水相油相体积比灵活变化，以满足各种应用的需要；
[0031](4)本专利技术制备的GelMA乳液制备快速，且易于进行界面功能化，以满足各种应用的需要；
[0032](5)本专利技术制备的GelMA水包油乳液具有适宜的粘度和流变性，其3D适印性良好，打印精度高，可个性化构建不同孔结构及外形的支架模型，即可根据缺失或损伤组织的结构与外形构建个性化的支架打印模型，匹配不同患者的临床需求，从而实现组织工程领域个性化有效治疗；
[0033](6)本专利技术制备的3D打印GelMA乳液多级孔支架具有良好的开放大孔和互连微孔结构，孔隙率较高，同时具有良好的生物相容性和生物可降解性，因此在组织工程等生物医学领域具有较好的应用前景；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种3D打印GelMA乳液多级孔支架的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)水凝胶预聚液的配置：将制备好的GelMA溶液和HADA溶液混合搅拌均匀，制成水凝胶预聚液；(2)将步骤(1)制得的水凝胶预聚液中加入光引发剂，避光搅拌溶解，得到光引发剂掺杂水凝胶预聚液混合溶液；(3)将步骤(2)得到的光引发剂掺杂水凝胶预聚液混合溶液作为水相加入十二烷油相中，高速分散、搅拌，得到稳定的GelMA水包油乳液；(4)将步骤(3)得到的GelMA水包油乳液作为墨水，通过挤出式3D打印并进行紫外光照射使GelMA乳液支架在常温下聚合，经过梯度酒精浸泡除去油相，得到3D打印GelMA乳液多级孔支架。2.根据权利要求1所述的3D打印GelMA乳液多级孔支架的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述GelMA溶液质量浓度为5～15w/v％，接枝率为65～90％；HADA质量浓度为1～3w/v％。3.根据权利要求1所述的3D打印GelMA乳液多级孔支架的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述搅拌反应温度为30～50℃，搅拌时间为0.5～1h，搅拌速度为100～300rpm。4.根据权利要求1所述的3D打印GelMA乳液多级孔支架的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述光引发剂为2
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羟基
‑4′‑
(2
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羟乙氧基)
‑2‑
甲基苯丙酮(I2959)或苯基
‑<...

【专利技术属性】
技术研发人员：王迎军，罗金水，陈云华，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：