一种3D打印的仿生抗排异人工皮肤及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种3D打印的仿生抗排异人工皮肤及其制备方法。本发明专利技术将带氨基的多糖类物质和蛋白质溶于酸性溶液中得到前体溶液，亚精胺和小分子二醛或两端用醛基修饰的高分子材料溶于无水乙醇中得到亚精胺交联剂，采用3D生物打印方法，在培养皿中打印前体溶液并雾化亚精胺交联剂，依次进行，并通过控制各层的亚精胺交联剂的浓度从而控制各层的硬度，最终得到硬度具有梯度变化的仿生抗排异人工皮肤；本发明专利技术利用自然界抗排异生物小分子亚精胺解决动物源天然高分子人工皮肤引发的排异反应问题；利用3D打印的方法制备具有强度梯度和微观结构的人工皮肤，解决现有皮肤替代物与人体皮肤生物力学性能不适配的问题。

A 3D printing bionic anti rejection artificial skin and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种3D打印的仿生抗排异人工皮肤及其制备方法
本专利技术涉及人工皮肤技术，具体涉及一种3D打印的仿生抗排异人工皮肤及其制备方法。
技术介绍
皮肤是人体面积最大的器官，具有重要的保护作用和生理功能。而烧伤、创伤及顽固性皮肤溃疡(如糖尿病足)等对皮肤造成的严重缺损是当今世界各国普遍面临的重大医疗及公众健康问题。临床实践中，针对难愈合创面和大面积创伤修复需在其表面移植天然皮肤或人工皮肤。天然皮肤(包括自体皮、异体皮和异种皮)虽然有接近于受体皮肤的结构和功能，但存在皮源不足、免疫排异、病毒传播等问题，因此在大面积创伤修复时应用有限。国际上已商业化的具有真皮替代功能的人工皮肤选用了与人体皮肤相近的动物源生物材料，但由于这些生物高分子的异种源性，仍会在移植后诱发一定程度的免疫排异反应(如炎症反应)，影响创面快速愈合，且在大面积移植时有诱发全身炎症反应综合症的风险。
技术实现思路
为了解决皮肤替代物移植过程中的免疫排斥问题，本专利技术提出了一种3D打印的仿生抗排异人工皮肤及其制备方法。本专利技术的一个目的在于提出一种3D打印的仿生抗排异人工皮肤。本专利技术的3D打印的仿生抗排异人工皮肤包括：前体溶液和亚精胺交联剂；其中，含有氨基的多糖类物质和蛋白质溶于酸性溶液中得到前体溶液；亚精胺和小分子二醛或两端用醛基修饰的高分子材料溶于无水乙醇中，亚精胺与小分子二醛或两端用醛基修饰的高分子材料通过席夫碱反应形成亚精胺交联剂，且小分子二醛或两端用醛基修饰的高分子材料的摩尔数大于亚精胺的摩尔数；采用3D打印机在培养皿中打印一层前体溶液，再在前体溶液上雾化一层亚精胺交联剂，二者依次交替进行，形成多层前体溶液和亚精胺交联剂交叠的样品，在室温下静置直至前体溶液与亚精胺交联剂充分反应，亚精胺交联剂中剩余的醛基与含有氨基的多糖类物质和蛋白质发生反应形成水凝胶样品，各层亚精胺交联剂的浓度或用量相同或改变，各层亚精胺交联剂的浓度或用量改变时，从下至上亚精胺交联剂的浓度或用量逐渐增大或逐渐减小，使得硬度逐层变大或逐层变小，最终得到硬度具有梯度变化的仿生抗排异人工皮肤。前体溶液中，含有氨基的多糖类物质的为0.5wt％～5wt％，蛋白质的浓度为1wt％～20wt％。含有氨基的多糖类物质采用壳聚糖、透明质酸、硫酸软骨素、肝素和硫酸类肝素等中的一种；蛋白质采用各类型胶原蛋白(collagen)、明胶(gelatin)、血清蛋白等中的一种；酸性溶液采用甲酸、乙酸、苯甲酸和盐酸等常见酸性溶液中的一种。小分子二醛采用戊二醛、对苯二甲醛、间苯二甲醛和邻苯二甲醛等常见小分子二醛中的一种。两端用醛基修饰的高分子材料采用两端醛基修饰的聚乙二醇、两端醛基修饰的聚多巴等可生物降解高分子材料中的一种。前体溶液和亚精胺交联剂交叠的样品的层数为2～20层，厚度为1～6mm。室温下静置直至前体溶液与亚精胺交联剂充分反应后得到的仿生抗排异人工皮肤的厚度为0.5～3mm。本专利技术的另一个目的在于提出一种3D打印的仿生抗排异人工皮肤的制备方法。本专利技术的3D打印的仿生抗排异人工皮肤的制备方法，包括以下步骤：1)建立仿生抗排异人工皮肤的三维模型，然后进行切片，获得二维模型；2)将含有氨基的多糖类物质和蛋白质溶于酸性溶液中，加热并搅拌，直至全部溶解，再进行超声除去气泡，室温下静置，得到前体溶液；3)将亚精胺和小分子二醛或两端用醛基修饰的高分子材料溶于无水乙醇中，亚精胺与小分子二醛或两端用醛基修饰的高分子材料中的醛基通过席夫碱反应，形成亚精胺交联剂；4)将前体溶液放置在3D打印机“墨盒”中，按照步骤1)建立的二维模型，在培养皿中打印一层前体溶液；5)在前体溶液上雾化一层亚精胺交联剂；6)重复步骤4)～5)，形成多层前体溶液和亚精胺交联剂交叠的样品；7)在室温下静置5分钟以上直至前体溶液与亚精胺交联剂充分反应，亚精胺交联剂中剩余的醛基与带氨基的多糖类物质发生反应形成水凝胶样品；8)通过控制各层的亚精胺交联剂的浓度或用量从而控制各层的硬度，各层亚精胺交联剂的浓度或用量相同或改变，各层亚精胺交联剂的浓度或用量改变时，从下至上亚精胺交联剂的浓度或用量逐渐增大或逐渐减小，使得硬度逐层变大或逐层变小，最终得到硬度具有梯度变化的仿生抗排异人工皮肤。其中，在步骤2)中，在50～60℃水浴并转速600～1000r/min的条件下加热搅拌3～6h；室温下静置12小时以上。在步骤3)中，小分子二醛或两端用醛基修饰的高分子材料的摩尔数大于亚精胺的摩尔数。在步骤4)中，可以选用一次性针筒或类似进样器充当3D打印机“墨盒”，用于盛放前体溶液，便于拆卸更换，调整打印压力为0.1～0.3MPa，XY轴平台的运动速度为80mm/min～120mm/min，喷头距基台的高度为10～15mm，针筒的温度为30～37℃，基台的温度为15～20℃，喷头内径0.18～0.21mm。每一层前体溶的厚度在0.1～1mm。在步骤5)中，采用雾化喷枪雾化亚精胺交联剂，喷涂在前体溶液上。在步骤6)中，前体溶液和亚精胺交联剂交叠的样品的层数为2～20层，厚度为1～6mm。在步骤8)中，仿生抗排异人工皮肤的厚度为0.5～3mm。亚精胺交联剂的浓度是指交联剂中亚精胺和小分子二醛或两端用醛基修饰的高分子材料的体积分数；亚精胺交联剂的用量是指涂喷亚精胺交联剂的厚度。亚精胺交联剂的浓度或用量与硬度的整体趋势是：亚精胺交联剂的浓度或用量越大，硬度越大。亚精胺(SPD)最初是从精液中分离得到的一种多胺化合物，具有抗排异、抗氧化、抑制炎症、抑制细胞坏死、延长个体寿命等作用。因此，利用仿生学思想，将亚精胺用于人工皮肤的生物制造为解决其排异反应提供了新思路。另外，可制备水凝胶的多糖是一种利于伤口修复的伤口敷料材料。壳聚糖(chitosan)是由自然界广泛存在的几丁质(chitin)经过脱乙酰作用得到的，是一种具有广泛应用价值的天然生物多糖高分子材料，其具有良好的生物相容性，生物可降解性，止血活性，抗感染活性和加速伤口愈合的性质，在组织工程和药物递送领域具有很高的应用价值。3D生物打印是一个具有广泛应用前景的新兴研究领域，它是以按需设计的三维模型为基础，通过软件分层离散和数控成型的方法，定位装配生物材料(活细胞亦可混合在定制的生物材料中)，制造人工植入支架、组织器官和医疗辅具等生物医学产品的快速成型技术。3D生物打印方式主要包括：挤出式3D打印、喷墨式3D打印和激光辅助式3D打印，在各种生物打印方法中，挤出式3D打印细胞活性较低、分辨率低、打印速度慢；激光辅助打印成本高、操作复杂；而喷墨式打印因其成本低、分辨率高、兼容性好、细胞活性高等优点成为生物工程领域最常用的打印方法。本专利技术的优点：本专利技术将带氨基的多糖类物质和蛋白质溶于酸性溶液中得到前体溶液，亚精胺和小分子二醛或两端用醛基修饰的高分子材料溶于无水乙醇中得到亚精胺交联剂，采用3D生物打印方法，在培养皿中打印前体溶液并雾化亚精胺交联剂，依次进行，并通过控制各层本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种3D打印的仿生抗排异人工皮肤，其特征在于，所述仿生抗排异人工皮肤包括：前体溶液和亚精胺交联剂；其中，含有氨基的多糖类物质和蛋白质溶于酸性溶液中得到前体溶液；亚精胺和小分子二醛或两端用醛基修饰的高分子材料溶于无水乙醇中，亚精胺与小分子二醛或两端用醛基修饰的高分子材料通过席夫碱反应形成亚精胺交联剂，且小分子二醛或两端用醛基修饰的高分子材料的摩尔数大于亚精胺的摩尔数；采用3D打印机在培养皿中打印一层前体溶液，再在前体溶液上雾化一层亚精胺交联剂，二者依次交替进行，形成多层前体溶液和亚精胺交联剂交叠的样品，在室温下静置直至前体溶液与亚精胺交联剂充分反应，亚精胺交联剂中剩余的醛基与含有氨基的多糖类物质和蛋白质发生反应形成水凝胶样品，各层亚精胺交联剂的浓度或用量相同或改变，各层亚精胺交联剂的浓度或用量改变时，从下至上亚精胺交联剂的浓度或用量逐渐增大或逐渐减小，使得硬度逐层变大或逐层变小，最终得到硬度具有梯度变化的仿生抗排异人工皮肤。/n

【技术特征摘要】
1.一种3D打印的仿生抗排异人工皮肤，其特征在于，所述仿生抗排异人工皮肤包括：前体溶液和亚精胺交联剂；其中，含有氨基的多糖类物质和蛋白质溶于酸性溶液中得到前体溶液；亚精胺和小分子二醛或两端用醛基修饰的高分子材料溶于无水乙醇中，亚精胺与小分子二醛或两端用醛基修饰的高分子材料通过席夫碱反应形成亚精胺交联剂，且小分子二醛或两端用醛基修饰的高分子材料的摩尔数大于亚精胺的摩尔数；采用3D打印机在培养皿中打印一层前体溶液，再在前体溶液上雾化一层亚精胺交联剂，二者依次交替进行，形成多层前体溶液和亚精胺交联剂交叠的样品，在室温下静置直至前体溶液与亚精胺交联剂充分反应，亚精胺交联剂中剩余的醛基与含有氨基的多糖类物质和蛋白质发生反应形成水凝胶样品，各层亚精胺交联剂的浓度或用量相同或改变，各层亚精胺交联剂的浓度或用量改变时，从下至上亚精胺交联剂的浓度或用量逐渐增大或逐渐减小，使得硬度逐层变大或逐层变小，最终得到硬度具有梯度变化的仿生抗排异人工皮肤。


2.如权利要求1所述的仿生抗排异人工皮肤，其特征在于，所述前体溶液中，含有氨基的多糖类物质的为0.5wt％～5wt％，蛋白质的浓度为1wt％～20wt％。


3.如权利要求1所述的仿生抗排异人工皮肤，其特征在于，所述前体溶液和亚精胺交联剂交叠的样品的层数为2～20层，厚度为1～6mm。


4.如权利要求1所述的仿生抗排异人工皮肤，其特征在于，所述室温下静置直至前体溶液与亚精胺交联剂充分反应后得到的仿生抗排异人工皮肤的厚度为0.5～3mm。


5.一种如权利要求1所述的3D打印的仿生抗排异人工皮肤的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
1)建立仿生抗排异人工皮肤的三维模型，然后进行切片，获得二维模型；
2)将含有氨基的多糖类物质和蛋白质溶于酸性溶液中，加热并搅拌，直至全部溶解，再进行超声除去气泡，室温下静置...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘镇宁，吴倩倩，仲英惠，梁嵩，刘庆萍，秦政，王丽，王振国，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22