一种反相温敏性水凝胶打印墨水的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种反相温敏性水凝胶打印墨水的制备方法，通过在海藻酸钠基质中复合具有反相温敏特性的甲基丙烯酰化明胶(GelMA)和F127双基丙烯酯(F127DA)，协同利用彼此分子间的物理作用和共价作用，采用将温敏性组分先共价交联为体凝胶，再转化为微凝胶的方式，得到总固含量低于8％、降解和模量可调的反相温敏性水凝胶打印墨水；优点是兼具低浓度和低温度敏感性，克服了现有水凝胶打印墨水由于高浓度和高温度敏感导致的问题，能够促进热致水凝胶的生物打印与临床转化。的生物打印与临床转化。的生物打印与临床转化。

【技术实现步骤摘要】
一种反相温敏性水凝胶打印墨水的制备方法


[0001]本专利技术涉及水凝胶打印墨水的制备方法，尤其是涉及一种反相温敏性水凝胶打印墨水的制备方法。

技术介绍

[0002]3D生物打印技术是通过高精度打印设备将生物墨水按照影像信息进行高度重现的制造工艺，在构建个性化仿生组织器官方面具有潜在的应用价值。目前，高精度3D打印设备已取得了突破性进展，比如国内Regenovo和EFL，瑞士RegenHu以及德国EnvisionTEC等品牌。但是，由于材料流变性能与3D打印成型性能之间难以调和的矛盾，开发满足生物打印要求的生物墨水仍是一大挑战。
[0003]作为可打印仿生组织器官的生物墨水，需具备两大主要特征：含水以及具有类似细胞外基质(ECM)结构的三维聚合物网络。在生命组织以外，高分子水凝胶是富含水的具有交联网络的聚合物材料，其网络结构类似ECM，是一类最优选的生物墨水。在水凝胶体系中，具有温度敏感性的可注射水凝胶是常用的挤出式打印的墨水，该类墨水具有动态非共价网络，在温度转变过程中可发生可逆溶胶
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凝胶转变，比如明胶在低于20℃呈现凝胶态，而在体温下呈现稀溶液状态(即溶胶态)。相反地，泊洛沙姆407(Pluronic F127)在体温下呈现凝胶态，低温下呈现低粘度溶液。温敏性水凝胶墨水在溶胶态的粘度随剪切速率增大而降低，使其易于挤出。然而，温敏性水凝胶在发生凝胶化需要足够的微观连接才能形成逾渗交联网络，因此现有可打印的热致水凝胶材料普遍基于高浓度体系。比如，明胶及其衍生物的可打印浓度需要高于10％，Pluronic F127的浓度需要高于20％。此外，这些体系对温度的敏感性较高，控制溶胶
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凝胶或凝胶
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溶胶转变的温差大，常常导致打印成型性不佳。高浓度的墨水还具有一些潜在弊端：一、高浓度溶胶(液)通常粘度大，导致传质阻力大，注射过程中易堵塞针头，或挤出不连续；二、高浓度凝胶与体液之间会产生较高的渗透压差，易在植入后引发材料溶胀，使细胞脱水。上述这些由于高浓度和高温度敏感导致的问题严重阻碍了热致水凝胶的生物打印与临床转化。
[0004]鉴此，设计一种兼具低浓度和低温度敏感的可打印水凝胶墨水对其应用具有重要意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种反相温敏性水凝胶打印墨水的制备方法。采用该方法制备的反相温敏性水凝胶打印墨水兼具低浓度和低温度敏感性，克服了现有水凝胶打印墨水由于高浓度和高温度敏感导致的问题，能够促进热致水凝胶的生物打印与临床转化。
[0006]本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种反相温敏性水凝胶打印墨水的制备方法，通过在海藻酸钠基质中复合具有反相温敏特性的甲基丙烯酰化明胶(GelMA)和F127双基丙烯酯(F127DA)，协同利用彼此分子间的物理作用和共价作用，采用将温敏性
组分先共价交联为体凝胶，再转化为微凝胶的方式，得到总固含量低于8％、降解和模量可调的反相温敏性水凝胶打印墨水。
[0007]所述的一种反相温敏性水凝胶打印墨水的制备方法，包括以下步骤：
[0008]S1、先将装有浓度为1
‑
2wt.％的海藻酸钠(Alg)水溶液的容器放入装有水的水浴锅中，其中水浴锅的温度设定为2
‑
4℃，然后将F127DA溶解于该海藻酸钠水溶液中，得到F127DA浓度为2
‑
5wt.％的Alg/F127DA水溶液；
[0009]S2、将步骤S1水浴锅的温度设定为37～40℃，使步骤S1得到的Alg/F127DA水溶液升温到37～40℃，然后将GelMA溶解于上述Alg/F127DA水溶液中，接着再加入光引发剂混合均匀，得到Alg/GelMA/F127DA混合溶液，该Alg/GelMA/F127DA混合溶液中，GelMA的含量为2
‑
4wt.％，光引发剂的含量为0.2％(wt./v)；
[0010]S3、将步骤S2得到的Alg/GelMA/F127DA混合溶液在3000rpm转速下离心脱气3min，去除该Alg/GelMA/F127DA混合溶液中的气泡，得到水凝胶前驱体溶液；
[0011]S4、使用UV光照射步骤S3得到的水凝胶前驱体溶液2min，引发水凝胶前驱体溶液中体系聚合形成化学交联水凝胶，其中UV光的波长为365nm或405nm，强度为10mW
·
cm
‑2；
[0012]S5、将步骤S4得到的化学交联水凝胶反复挤压，然后通过内径为300～500μm的喷嘴喷出，形成微凝胶浆料；
[0013]S6、将步骤S5得到的微凝胶浆料在4000rpm转速下离心脱气5min，即形成反相温敏性水凝胶打印墨水。
[0014]所述的光引发剂为2
‑
羟基
‑2‑
甲基苯丙酮或苯基(2,4,6
‑
三甲基苯甲酰基)磷酸锂盐。
[0015]所述的甲基丙烯酰化明胶(GelMA)具体采用以下步骤制备得到：
[0016]A1、将装有50～100mL去离子水的一容器置于环境温度为50
‑
60℃的环境中，先将5
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10g明胶加入该容器中搅拌至溶解，然后继续向该容器中加入1～2mL甲基丙烯酸酐，搅拌3～4h后得到第一溶液；
[0017]A2、将步骤A1得到的第一溶液装入8000
‑
14000Da的透析袋中，然后将透析袋放入装有去离子水的水浴锅中透析4
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6天，其中水浴锅的温度设定为37
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40℃；
[0018]A3、将步骤A2中透析完成的透析袋取出，在
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55～
‑
60℃环境温度下冷冻干燥，得到固态的GelMA，将得到的固态的GelMA保存在
‑
20度条件下，甲基丙烯酰化明胶(GelMA)制备完成。
[0019]所述的F127双基丙烯酯(F127DA)具体采用以下步骤制备得到：
[0020]B1、先将无水二氯甲烷装在一容器中，然后将Pluronic F127倒入该容器中，使Pluronic F127溶解于无水二氯甲烷中形成第二溶液，之后向该容器中通入氮气形成氮气保护氛围，对该容器内的第二溶液进行保护；接着将上述氮气保护氛围下的容器转移至装有水的水浴锅中，该水浴锅的温度设定为2℃～4℃，并向容器中加入三乙胺，使三乙胺和第二溶液混合20～25min，得到第一混合液，此时停止通入氮气，消除氮气保护氛围；在所述的第一混合液中，Pluronic F127、无水二氯甲烷和三乙胺的摩尔比为1：5：10～20；
[0021]B2、向步骤B1得到的第一混合液中滴加丙烯酰氯，得到第二混合液，所述的第二混合液中，丙烯酰氯与Pluronic F127的摩尔比为1：10～20；
[0022]B3、将步骤B2得到的第二混合液置于装有水的水浴锅中，使所述的第二混合液反
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种反相温敏性水凝胶打印墨水的制备方法，其特征在于通过在海藻酸钠基质中复合具有反相温敏特性的甲基丙烯酰化明胶(GelMA)和F127双基丙烯酯(F127DA)，协同利用彼此分子间的物理作用和共价作用，采用将温敏性组分先共价交联为体凝胶，再转化为微凝胶的方式，得到总固含量低于8％、降解和模量可调的反相温敏性水凝胶打印墨水。2.根据权利要求1所述的一种反相温敏性水凝胶打印墨水的制备方法，其特征在于包括以下步骤：S1、先将装有浓度为1
‑
2wt.％的海藻酸钠(Alg)水溶液的容器放入装有水的水浴锅中，其中水浴锅的温度设定为2
‑
4℃，然后将F127DA溶解于该海藻酸钠水溶液中，得到F127DA浓度为2
‑
5wt.％的Alg/F127DA水溶液；S2、将步骤S1水浴锅的温度设定为37～40℃，使步骤S1得到的Alg/F127DA水溶液升温到37～40℃，然后将GelMA溶解于上述Alg/F127DA水溶液中，接着再加入光引发剂混合均匀，得到Alg/GelMA/F127DA混合溶液，该Alg/GelMA/F127DA混合溶液中，GelMA的含量为2
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4wt.％，光引发剂的含量为0.2％(wt./v)；S3、将步骤S2得到的Alg/GelMA/F127DA混合溶液在3000rpm转速下离心脱气3min，去除该Alg/GelMA/F127DA混合溶液中的气泡，得到水凝胶前驱体溶液；S4、使用UV光照射步骤S3得到的水凝胶前驱体溶液2min，引发水凝胶前驱体溶液中体系聚合形成化学交联水凝胶，其中UV光的波长为365nm或405nm，强度为10mW
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cm
‑2；S5、将步骤S4得到的化学交联水凝胶反复挤压，然后通过内径为300～500μm的喷嘴喷出，形成微凝胶浆料；S6、将步骤S5得到的微凝胶浆料在4000rpm转速下离心脱气5min，即形成反相温敏性水凝胶打印墨水。3.根据权利要求2所述的一种反相温敏性水凝胶打印墨水的制备方法，其特征在于所述的光引发剂为2
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羟基
‑2‑
甲基苯丙酮或苯基(2,4,6
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三甲基苯甲酰基)磷酸锂盐。4.根据权利要求1所述的一种反相温敏性水凝胶打印墨水的制备方法，其特征在于所述的甲基丙烯酰化明胶(GelMA)具体采用以...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐丽平，石宝章，缪红跃，张华，
申请(专利权)人：宁波市海曙区第二医院，
类型：发明
国别省市：