一种4D打印智能水凝胶的制备、打印方法及其应用技术

本发明专利技术属于生物墨水技术领域，一种4D打印智能水凝胶的制备、打印方法及其应用，其中制备方法包括以下步骤：(1)向三颈烧瓶中依次加入纤维素纳米纤维、N,N‑二甲基丙烯酰胺、光引发剂、葡萄糖氧化酶、葡萄糖、内皮细胞生长因子及肝素，混合后置于机械搅拌装置中，通入氮气进行保护；(2)向三颈烧瓶中多次缓慢加入硅酸镁锂，(3)采用去离子水将附着在瓶口的物质冲入三颈烧瓶中；(4)取出三颈烧瓶，室温下反应，制得目标材料。本发明专利技术制备的4D打印智能水凝胶具有良好打印性和4D形变性能，具有受外界刺激相应的性质。对该水凝胶进行包被后，在进行细胞培养的实验中，内皮细胞能够表现出良好的粘附性。

【技术实现步骤摘要】
一种4D打印智能水凝胶的制备、打印方法及其应用
本专利技术渉及一种4D打印智能水凝胶的制备、打印方法及其应用，属于生物墨水

技术介绍
3D生物打印技术是近几年来兴起的一项技术，其已被尝试用于构建复杂的组织和器官。4D打印使用与3D打印相同的技术，通过计算机编程沉积连续层中的材料来创建三维物体。但是，4D打印增加了时间转换的维度。因此，这是一种可编程物质，其在制造过程之后，印刷产品与环境的参数(湿度，温度等)反应并随着时间的推移，相应地改变其原有形式。支架材料是组织工程研究的三个要素之一，要求既具备生物3D可打印性，又拥有相当的机械强度和细胞相容性。由于缺乏生物可打印性，在生物打印中水凝胶应用有限。4D打印技术通过增加时间这一维度，使3D打印出的图像在水中随着时间的推移发生形变。生物4D打印作为一种新兴的技术，应用于生活的方方面面，其生物墨水的选择至关重要。但是由于一般生物墨水存在受外界刺激响应迟缓、流变学表征错综复杂、生物相容性差等缺陷，故制备出具有良好打印性、受外界刺激相应性和生物相容性的生物墨水是至关重要的。
技术实现思路
为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术目的是提供一种4D打印智能水凝胶的制备、打印方法及其应用。本专利技术是采用纤维素纳米纤维(CNF)为主要原料，编程制作复杂物体，其包含许多微小纤维的胶状物质，硬度及水溶性都能根据不同排列方式发生变化，在“编码”后将打印出的物体变为更加复杂的形状。该智能墨水具有良好打印性和4D形变性能，具有受外界刺激相应的性质以及生物相容性，未来能较广泛应用于仿生器官模型的构建。为了实现上述专利技术目的，解决已有技术中所存在的问题，本专利技术采取的技术方案是：一种4D打印智能水凝胶的制备方法，包括以下步骤：步骤1、向三颈烧瓶中依次加入40～60g的纤维素纳米纤维(NFC)、2～4g的N,N-二甲基丙烯酰胺、0.1～0.2g的光引发剂Irgacure2959、0.1～0.2g的葡萄糖氧化酶、1～2g的葡萄糖、浓度为200μg/ml的3～4g内皮细胞生长因子及浓度为20μg/ml的1～2g肝素，均匀混合反应后置于打开的机械搅拌装置中，通入氮气进行保护；步骤2、向三颈烧瓶中3～5次缓慢加入2～4g硅酸镁锂；步骤3、采用10～15g去离子水冲洗三颈烧瓶进料口径，将附着在瓶口的物质冲入三颈烧瓶中；步骤4、取出三颈烧瓶，室温下反应0.5-1.0h，制得目标材料4D打印智能水凝胶；所述制备方法制备的4D打印智能水凝胶的打印方法，包括以下步骤：步骤1、构建三维模型，将模型导入到切片软件中，设置填充率为30～80％，填充方式选自六边形或交叉90°中的一种，然后导入本公司自组装3D生物打印机中进行打印；步骤2、对3D生物打印机打印后得到的图案采用紫外灯连续照射5～8min，使其交联完全；所述打印方法得到的图案在生物打印方面中的应用。本专利技术有益效果是：一种4D打印智能水凝胶的制备、打印方法及其应用，其中制备方法包括以下步骤：(1)向三颈烧瓶中依次加入纤维素纳米纤维(NFC)、N,N-二甲基丙烯酰胺、光引发剂Irgacure2959、葡萄糖氧化酶、葡萄糖、内皮细胞生长因子及肝素，均匀混合后置于打开的机械搅拌装置中，通入氮气进行保护；(2)向三颈烧瓶中每次缓慢加入硅酸镁锂，(3)采用去离子水冲洗三颈烧瓶进料口径，将附着在瓶口的物质冲入三颈烧瓶中；(4)取出三颈烧瓶，室温下反应，制得目标材料4D打印智能水凝胶。与已有技术相比，本专利技术制备的4D打印智能水凝胶具有良好打印性和4D形变性能，具有受外界刺激相应的性质。对该水凝胶进行包被后，在进行细胞培养的实验中，内皮细胞能够表现出良好的粘附性。附图说明图1是本专利技术实施例1中所打印填充率为30％、填充方式为六边形的切片图案和打印后的图案图。图中：(a)为切片图案图，(b)为打印后的图案图。图2是本专利技术实施例2中所打印填充率为60％、交叉90°的切片图案和打印后的图案图。图中：(a)为切片图案图，(b)为打印后的图案图。图3是本专利技术实施例3中所打印填充率为80％、交叉90°切片图案和打印后的图案图。图中：(a)为切片图案图，(b)为打印后的图案图。图4是本专利技术实施例3中填充率为80％、交叉90°时，打印后实物随时间发生形变过程图。图中：(a)为形变0分钟实物图，(b)为形变3分钟实物图，(c)为形变5分钟实物图，(d)为形变10分钟实物图。图5是本专利技术实施例5制备的4D打印智能水凝胶的G-ω曲线图。图6是本专利技术实施例5制备的4D打印智能水凝胶的黏度随角频率变化曲线图。图7是本专利技术实施例5制备的4D打印智能水凝胶的G′-G″-γ曲线图。图8是本专利技术实施例5制备的4D打印智能水凝胶电镜下交联水凝胶图像图。图9是细胞在本专利技术4D打印智能水凝胶打印实物上生长情况图。图中：(a)为细胞生长3天时，显微镜观察明场图，(b)为细胞生长3天时，显微镜观察暗场图，(c)为细胞生长10天时，显微镜观察明场图，(d)为细胞生长10天时，显微镜观察暗场图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术做进一步说明。实施例14D打印智能水凝胶的制备向三颈烧瓶中依次加入40g的纤维素纳米纤维(NFC)、2g的N,N-二甲基丙烯酰胺、0.1g的光引发剂Irgacure2959、0.1g的葡萄糖氧化酶、1g的葡萄糖、浓度为200μg/ml的4g内皮细胞生长因子(ECGF)及浓度为20μg/ml的2g肝素，均匀混合反应后置于打开的机械搅拌装置中，通入氮气进行保护；再向三颈烧瓶中3次缓慢加入2g硅酸镁锂，采用10g去离子水冲洗三颈烧瓶进料口径，将附着在瓶口的物质冲入三颈烧瓶中；取出三颈烧瓶，室温下反应0.5h，制得目标材料4D打印智能水凝胶。实施例24D打印智能水凝胶的制备向三颈烧瓶中依次加入50g的纤维素纳米纤维(NFC)、3g的N,N-二甲基丙烯酰胺、0.1g的光引发剂Irgacure2959、0.1g的葡萄糖氧化酶、1.5g的葡萄糖、浓度为200μg/ml的4g内皮细胞生长因子(ECGF)及浓度为20μg/ml的2g肝素，均匀混合反应后置于打开的机械搅拌装置中，通入氮气进行保护；再向三颈烧瓶中4次缓慢加入2.5g硅酸镁锂，采用10g去离子水冲洗三颈烧瓶进料口径，将附着在瓶口的物质冲入三颈烧瓶中；取出三颈烧瓶，室温下反应0.5h，制得目标材料4D打印智能水凝胶。实施例34D打印智能水凝胶的制备向三颈烧瓶中依次加入50g纤维素纳米纤维(NFC)、4gN,N-二甲基丙烯酰胺、0.1g光引发剂Irgacure2959、0.1g葡萄糖氧化酶、1.5g葡萄糖、浓度为200μg/ml的4g内皮细胞生长因子(ECGF)及浓度为20μg/ml的2g肝素，均匀混合反应后置于打开的机械搅拌装置中，通入氮气进行保护；再向三颈烧瓶中3次缓慢加入4g硅酸镁锂，采用10本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种4D打印智能水凝胶的制备方法，其特征在于包括以下步骤：/n步骤1、向三颈烧瓶中依次加入40～60g的纤维素纳米纤维(NFC)、2～4g的N,N-二甲基丙烯酰胺、0.1～0.2g的光引发剂Irgacure 2959、0.1～0.2g的葡萄糖氧化酶、1～2g的葡萄糖、浓度为200μg/ml的3～4g内皮细胞生长因子及浓度为20μg/ml的1～2g肝素，均匀混合后置于打开的机械搅拌装置中，通入氮气进行保护；/n步骤2、向三颈烧瓶中3～5次缓慢加入2～4g的硅酸镁锂；/n步骤3、采用10～15g去离子水冲洗三颈烧瓶进料口径，将附着在瓶口的物质冲入三颈烧瓶中；/n步骤4、取出三颈烧瓶，室温下反应0.5-1.0h，制得目标材料4D打印智能水凝胶；/n所述制备方法制备的4D打印智能水凝胶的打印方法，包括以下步骤：/n步骤1、构建三维模型，将模型导入到切片软件中，设置填充率为30～80％，填充方式选自六边形或交叉90°中的一种，然后导入本公司自组装3D生物打印机中进行打印；/n步骤2、对3D生物打印机打印后得到的图案采用紫外灯连续照射5～8min，使其交联完全；/n所述打印方法得到的图案在生物打印方面中的应用。/n...

【技术特征摘要】
1.一种4D打印智能水凝胶的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1、向三颈烧瓶中依次加入40～60g的纤维素纳米纤维(NFC)、2～4g的N,N-二甲基丙烯酰胺、0.1～0.2g的光引发剂Irgacure2959、0.1～0.2g的葡萄糖氧化酶、1～2g的葡萄糖、浓度为200μg/ml的3～4g内皮细胞生长因子及浓度为20μg/ml的1～2g肝素，均匀混合后置于打开的机械搅拌装置中，通入氮气进行保护；
步骤2、向三颈烧瓶中3～5次缓慢加入2～4g的硅酸镁锂；
步骤3、采用10～15g去离子水冲洗三...

【专利技术属性】
技术研发人员：高志刚，罗勇，柳国玉，
申请(专利权)人：大连芯鸿生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21