一种生物墨水及其制备方法、应用技术

本发明专利技术提供一种生物墨水及其制备方法、应用，以分散剂总体积为基准，所述生物墨水包括以下浓度的组分：甲基丙烯酸化明胶50～150g/L，光引发剂2.5～10g/L，生物陶瓷纳米纤维5～10g/L，所述分散剂为培养基或磷酸缓冲液。本发明专利技术通过生物陶瓷纳米纤维改性GelMA获得生物墨水，该生物墨水具有良好的骨诱导能力，能支持种子细胞的体内外生长及成骨分化，从而促进骨缺损区域的骨再生；该生物墨水具有剪切稀化的性能，能满足微挤出式打印过程中保护细胞并快速成型，工艺简单易行且易于推广。工艺简单易行且易于推广。工艺简单易行且易于推广。

【技术实现步骤摘要】
一种生物墨水及其制备方法、应用


[0001]本专利技术涉及医疗器械
，特别是涉及一种生物墨水及其制备方法、应用。

技术介绍

[0002]骨骼作为生物体的支撑结构，对保持美观及维持正常功能具有重大意义。肿瘤、外伤、感染等引起的骨缺损，对患者带来心理生理的困扰，也是外科医生面临的重大临床难题。目前临床上常用骨缺损修复方法为使用自体骨、同种异体骨、异种骨和人工骨修复材料进行移植修复。自体骨由于无免疫原性及良好的骨诱导性能，被认为是骨修复的“金标准”。但自体骨来源较为有限，且会对患者造成二次创伤。同种异体骨及异种骨虽然来源广泛，但存在免疫排斥、感染等问题，限制了其广泛运用。而人工骨修复材料虽然具有良好的生物安全性、骨传导性及生物可降解性，但在修复大段骨缺损时，会局限于内源性细胞的迁移和分化。因此，骨组织工程作为新型骨修复方法引起了极大的关注。
[0003]常规骨组织工程是在体外构建支架，再将种子细胞接种到支架上，体外培养一定的时间后植入体内骨缺损区域。然而，这种方法受限于种子细胞分布不可控、细胞数量有限等，无法满足骨组织再生的需求。同时，临床上的骨缺损病例中，为了尽可能地保存患者原有骨组织，其骨缺损区域通常是不规则的。因此，为了使骨移植物与骨缺损区域相吻合，生物墨水包裹种子细胞进行的3D生物打印修复体成为了骨缺损修复新的发展方向。GelMA水凝胶由于其良好的生物安全性和生物相容性，被认为可以较好地模拟细胞外基质并为骨组织工程提供仿生微环境。然而，纯GelMA水凝胶也有一定的局限性，比如较低的力学强度、较差的骨诱导能力等。因此，通过对GelMA水凝胶的改性，开发出一种具有生物活性的生物墨水，从而应用于骨再生是解决这一临床问题的关键路径之一。

技术实现思路

[0004]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种生物墨水及其制备方法、应用，用于解决现有技术中纯甲基丙烯酸化明胶骨诱导能力差、得到的骨再生的修复体的力学强度低的问题。
[0005]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术是通过包括以下技术方案获得的。
[0006]本专利技术提供一种生物墨水，以分散剂总体积为基准，所述生物墨水包括以下浓度的组分：甲基丙烯酸化明胶(GelMA)50～150g/L，光引发剂2.5～10g/L，生物陶瓷纳米纤维5～10g/L，所述分散剂为培养基或磷酸缓冲液。
[0007]优选地，所述生物陶瓷纳米纤维的直径为10～30nm，长度为0.1～2.0μm。
[0008]优选地，所述生物陶瓷纳米纤维为硬硅钙石或锶掺杂硬硅钙石。
[0009]优选地，所述光引发剂为苯基
‑
2,4,6
‑
三甲基苯甲酰基次膦酸锂。
[0010]本专利技术的目的之二在于提供一种生物墨水的制备方法，将甲基丙烯酸化明胶、光引发剂和生物陶瓷纳米纤维均匀分散于分散剂中，制得所述生物墨水。
[0011]优选地，先将甲基丙烯酸化明胶和光引发剂均匀分散于分散剂中，然后再加入生
物陶瓷纳米纤维。
[0012]优选地，分散过程中体系温度为35～40℃。
[0013]本专利技术的目的之三在于提供一种生物墨水在制备用于修复骨缺损的药物或医疗器械中的应用。
[0014]本专利技术的目的之四在于提供一种3D生物打印骨再生修复体的方法，构建骨再生修复体三维模型，将生物墨水与种子细胞混合后作为打印原料进行3D生物打印，光固化后形成骨再生修复体。
[0015]优选地，采用波长为365～405nm的蓝光进行光固化。更优选地，光固化时间为50～60s。
[0016]优选地，所述种子细胞为成体细胞或干细胞。
[0017]优选地，所述种子细胞在生物墨水中的加入量为106～107个/ml。
[0018]优选地，3D生物打印的气压为0.1～0.2Mpa。
[0019]优选地，3D生物打印的速度为6～12mm/s。
[0020]本专利技术的目的之五在于提供一种采用上述方法得到的骨再生修复体。
[0021]如上所述，本专利技术的生物墨水及其制备方法、应用，具有以下有益效果：通过生物陶瓷纳米纤维改性GelMA获得生物墨水，该生物墨水具有良好的骨诱导能力，能支持种子细胞的体内外生长及成骨分化，从而促进骨缺损区域的骨再生；该生物墨水具有剪切稀化的性能，能满足微挤出式打印过程中保护细胞并快速成型，工艺简单易行且易于推广。
附图说明
[0022]图1显示为实施例1制备的生物墨水的剪切稀化性能图。
[0023]图2显示为实施例1制备的骨再生修复体内活死细胞染色图。
[0024]图3显示为实施例1制备的骨再生修复体的骨髓间充质干细胞碱性磷酸酶染色图。
[0025]图4显示为实施例1制得的骨再生修复体的体内成骨实验中空白组、对照组和实验组的micro
‑
CT图。
[0026]图5显示为图4的micro
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CT图进行定量分析后获得的数据的柱状图。
具体实施方式
[0027]以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。
[0028]须知，下列实施例中未具体注明的工艺设备或装置均采用本领域内的常规设备或装置。
[0029]此外应理解，本专利技术中提到的一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还可以存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可以插入其他方法步骤，除非另有说明；还应理解，本专利技术中提到的一个或多个设备/装置之间的组合连接关系并不排斥在所述组合设备/装置前后还可以存在其他设备/装置或在这些明确提到的两个设备/装置之间还可以插入其他设备/装置，除非另有说明。而且，除非另有说明，各方法步骤的编号仅为
鉴别各方法步骤的便利工具，而非为限制各方法步骤的排列次序或限定本专利技术可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更
技术实现思路
的情况下，当亦视为本专利技术可实施的范畴。
[0030]本专利技术实施例提供了一种具体的生物墨水，以分散剂总体积为基准，所述生物墨水包括以下浓度的组分：甲基丙烯酸化明胶(GelMA)50～150g/L，光引发剂2.5～10g/L，生物陶瓷纳米纤维5～10g/L，所述分散剂为培养基或磷酸缓冲液(PBS)。
[0031]在一个具体的实施方式中，每升无菌培养基中包括如下组分：90～110ml胎牛血清、10～20ml青霉素链霉素溶液和850～900ml最低基本培养基。
[0032]在一个更为具体的实施方式中，每升无菌培养基中包括如下组分：100ml胎牛血清、10ml青霉素链霉素溶液和890ml最低基本培养基(MEM)。所述最低基本培养基MEM购买自Gibco或者Hyclone公司。
[0033]在一个具体的实施方式中，所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生物墨水，其特征在于，以分散剂总体积为基准，所述生物墨水包括以下浓度的组分：甲基丙烯酸化明胶50～150g/L，光引发剂2.5～10g/L，生物陶瓷纳米纤维5～10g/L，所述分散剂为培养基或磷酸缓冲液。2.根据权利要求1所述的生物墨水，其特征在于：所述生物陶瓷纳米纤维的直径为10～30nm，长度为0.1～2.0μm。3.根据权利要求1所述的生物墨水，其特征在于：所述生物陶瓷纳米纤维为硬硅钙石或锶掺杂硬硅钙石。4.根据权利要求1所述的生物墨水，其特征在于：所述光引发剂为苯基
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2,4,6
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三甲基苯甲酰基次膦酸锂。5.一种如权利要求1
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3任一所述的生物墨水的制备方法，其特征在于：将甲基丙烯酸化明胶、光引发剂和生物陶瓷纳米纤维均匀分散于分散剂中，制得所述生物墨水。6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：先将...

【专利技术属性】
技术研发人员：林开利，余幸鸽，王旭东，李得见，
申请(专利权)人：上海交通大学医学院附属第九人民医院，
类型：发明
国别省市：