【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于生物，具体涉及一种力学响应的中空水凝胶支架及其制备方法和在细胞负载中的应用。
技术介绍
1、组织工程通常包含生物支架、细胞及生长因子等主要因素，但如何实现这些因素有效构建及均匀复合为当前限制组织工程发展的关键挑战。生物3d打印以细胞或活性生物材料为基本结构单元，结合计算机精准控制和3d打印技术，体外再造具有生物功能的组织/器官，为组织工程支架功能构建和细胞均匀复合提供有效解决思路，可应用于体内组织损伤修复、器官移植，体外病理、药理及癌症研究等领域。自生物3d打印首次被报道后，该领域得到迅速发展。传统的3d打印，先打印支架后表面接种的方式，细胞难以均匀精准负载于支架内部，而生物3d打印支架可实现细胞的均匀精准负载。
2、目前，生物3d打印以挤出式生物3d打印为主。挤出式生物3d打印本身可以分解为三个过程：1.生物墨水从口径较小的管道中挤压出；2.瞬时的结构稳定；3.长期的结构稳定。因此，生物墨水需要具有剪切变稀，可控的凝胶化，结构的保真度和高稳定度以实现上述三个过程的顺畅连接。
3、而作为生物3d打印的原材料，生物墨水(以水凝胶材料为主要基质)是结构成形和内部细胞生长的物质基础，但长久以来可用于3d打印成形的水凝胶材料有限，极大地制约了生物3d打印技术的发展和应用；其次，很多常用的水凝胶生物材料具有良好的生物活性，但这些材料往往由于低粘度和低力学强度使其难以直接应用于通用的生物3d打印工艺，而载细胞水凝胶材料的打印还要兼顾细胞活性维持的问题，尤其是对于挤出生物3d打印而言，打印过程中产生的机械
4、cn112516324a公开了一种降低干细胞悬浮液注射剪切力损伤的添加剂，其特征在于由以下重量份数的原料组成：透明质酸0.1～5份、ii型胶原蛋白水解物1～5份、胆固醇0.01～0.1份、谷胱甘肽0.1～2份和神经酰胺0.1～1份。一种干细胞悬浮液，添加有所述的添加剂。该专利技术是通过添加了所述添加剂的干细胞悬浮液，实现保护细胞，降低针头剪切力的损害的目的，但此方法并未构建3d打印组织工程支架。
5、cn113444264a公开了一种用于细胞三维培养的双网络水凝胶的制备方法及应用方法，其首先合成由sortase a酶特异性底物短肽接枝的甲基丙烯酸化透明质酸共轭物，该底物与一定浓度的sortasea酶促交联，即可获得可注射的透明质酸单网络水凝胶。然后制备了酶、光双交联的透明质酸-明胶双网络水凝胶，酶促交联的透明质酸水凝胶作为第一网络快速成胶，紫外光交联的甲基丙烯酸化明胶水凝胶作为第二增强网络。该挤出式生物3d打印需平衡生物墨水打印性和细胞活性的问题，并且为了减少打印过程中生物墨水的剪切力对细胞的损伤，水凝胶的力学强度往往比较低，大大制约了其构建体的应用范围，尤其是难以应用到受力或承重部位。
6、因此，减小打印过程的机械剪切力对细胞的损伤，提高生物3d打印水凝胶支架的力学对生物3d打印的发展至关重要。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种力学响应的中空水凝胶支架及其制备方法和应用。所述力学响应的中空水凝胶支架可以响应力学刺激，快速均匀精准负载细胞。且本专利技术提供一种类生物3d打印方法，体外构建组织/器官，以用于组织损伤修复或者替代等；能够避免细胞在生物3d打印过程中的损伤，从一定程度上解决了目前挤出式生物3d打印受限于生物墨水的困境，并提高生物3d打印构建物的力学，扩展其应用范围。
2、为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供一种力学响应的中空水凝胶支架，所述力学响应的中空水凝胶支架的外壳由类生物3d打印用墨水通过同轴打印的方式得到，内核为中空结构；
4、其中，所述类生物3d打印用墨水包括甲基丙烯酸化明胶、n-丙烯酰甘氨酰胺、纳米黏土；所述中空水凝胶支架的外壳中甲基丙烯酸化明胶、n-丙烯酰甘氨酰胺与纳米黏土形成的物理穿插，且所述n-丙烯酰甘氨酰胺形成的分子间氢键，甲基丙烯酸化明胶和n-丙烯酰甘氨酰胺形成的双交联网络。
5、在本专利技术中，所述类生物3d打印用墨水由甲基丙烯酸化明胶(gelma)、n-丙烯酰甘氨酰胺(naga)、纳米黏土(lnp)配置得到，该墨水作为外壳，内核为中空结构，采用同轴核/壳3d打印后再进行交联固化，其中gelma和naga与lnp形成的物理穿插、naga形成的分子间氢键以及gelma和naga形成的双交联网络，赋予混合墨水优异的打印性、自支撑和高强度的特性，能在不加内核支撑的情况下维持中空结构。
6、此外，本专利技术也能为其他生物活性成分(药物、活性因子等)负载和递送提一种有效手段。同时，可以利用此3d打印中空水凝胶支架的力学响应特性体内募集细胞，促进组织的损伤修复。
7、优选地，所述甲基丙烯酸化明胶、n-丙烯酰甘氨酰胺和纳米黏土的质量比为(1-10):(1-10):(1-10)，例如可以是1:1:1、1:2:3、1:4:5、1:6:6、1:8:9、1:8:10、2:1:1、2:2:3、2:4:5、2:6:6、2:8:9、2:8:10、5:1:1、5:2:3、5:4:5、5:6:6、5:8:9、5:8:10、10:1:1、10:2:3、10:4:5、10:9:9等。
8、优选地，所述类生物3d打印用墨水的溶剂包括水、磷酸盐缓冲液、葡萄糖溶液或氯化钠溶液中的任意一种或至少两种的组合。
9、优选地，所述类生物3d打印用墨水中还包括光引发剂。
10、优选地，所述光引发剂的含量占类生物3d打印用墨水总质量的0.1-0.5％，例如可以是0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％等。
11、优选地，所述光引发剂包括苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基膦酸锂、光引发剂2959或光引发剂1173中的任意一种或至少两种的组合，优选为苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基膦酸锂(lap)。
12、优选地，所述类生物3d打印用墨水的制备方法包括以下步骤：
13、(1)将纳米黏土和部分溶剂混合，得到溶液a；将甲基丙烯酸化明胶、n-丙烯酰甘氨酰胺、任选的光引发剂和剩余溶剂混合，得到溶液b；
14、(2)将步骤(1)得到的溶液a和溶液b混合，得到所述类生物3d打印用墨水。
15、优选地，步骤(1)中，所述部分溶剂和剩余溶剂的体积比为(1-5):(1-5)，例如可以是1:1、1:2、1:3、1:4、1:5、5:1、4:1、3:1、2:1等。
16、优选地，步骤(1)中，得到溶液a的混合的温度为20-40℃，例如可以是20℃、25℃、30℃、35℃、40℃等，混合的时间为10-60min，例如可以是10min、20min、30min、40min、50min、60min等。
17、优选地，步骤(1)中，得到溶液b的混合的温度为55-65℃，例如可以是55℃、56℃、58℃、60℃、61℃、63℃本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种力学响应的中空水凝胶支架，其特征在于，所述力学响应的中空水凝胶支架的外壳由类生物3D打印用墨水通过同轴打印的方式得到，内核为中空结构；
2.根据权利要求1所述力学响应的中空水凝胶支架，其特征在于，所述甲基丙烯酸化明胶、N-丙烯酰甘氨酰胺和纳米黏土的质量比为(1-10):(1-10):(1-10)；
3.根据权利要求1或2所述力学响应的中空水凝胶支架，其特征在于，所述类生物3D打印用墨水的制备方法包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述力学响应的中空水凝胶支架，其特征在于，步骤(1)中，所述部分溶剂和剩余溶剂的体积比为(1-5):(1-5)；
5.根据权利要求1-4中任一项所述力学响应的中空水凝胶支架，其特征在于，所述中空水凝胶支架通过至少1层的水凝胶纤维层堆积而成的，且每层水凝胶纤维层至少含有1个中空圆柱状结构的基本单元；
6.一种根据权利要求1-5中任一项所述力学响应的中空水凝胶支架的制备方法，其特征在于，所述力学响应的中空水凝胶支架的制备方法包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述力学响应的中空水凝胶
8.一种根据权利要求1-5中任一项所述力学响应的中空水凝胶支架在制备负载和/或递送生物活性成分的产品中的应用。
9.一种负载细胞的方法，其特征在于，所述负载细胞的方法包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的负载细胞的方法，其特征在于，所述细胞的负载所需时间为1min内。
...【技术特征摘要】
1.一种力学响应的中空水凝胶支架，其特征在于，所述力学响应的中空水凝胶支架的外壳由类生物3d打印用墨水通过同轴打印的方式得到，内核为中空结构；
2.根据权利要求1所述力学响应的中空水凝胶支架，其特征在于，所述甲基丙烯酸化明胶、n-丙烯酰甘氨酰胺和纳米黏土的质量比为(1-10):(1-10):(1-10)；
3.根据权利要求1或2所述力学响应的中空水凝胶支架，其特征在于，所述类生物3d打印用墨水的制备方法包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述力学响应的中空水凝胶支架，其特征在于，步骤(1)中，所述部分溶剂和剩余溶剂的体积比为(1-5):(1-5)；
5.根据权利要求1-4中任一项所述力学响应的中空水凝胶支架，其特征在于，所述中空水凝胶支架通过至少1层的水凝胶...
【专利技术属性】
技术研发人员：阮长顺，杨继榕，陈志刚，张倩，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：
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