本发明属于3D打印
技术领域：
，涉及一种用于3D打印组织工程支架的生物水凝胶及其制备方法，具体的说是涉及一种具有生物相容性、生物可降解性、生物活性并满足组织工程支架要求的复合材料及其制备方法。
背景技术：
：组织缺损修复及器官移植是20世纪医学史上最伟大的突破之一。目前，全世界需要组织缺损修复的病人高达上亿人，接近100万患者通过器官移植获得了新生，但由于得不到供体器官无法进行器官移植而死去的患者却高达几千万。生物3D打印技术的出现为几千万需要器官移植和组织修复的病人带来了新的曙光。现有的3D打印技术基本上已经可以实现支架外形的构建，及内部微孔结构的可控实现，为细胞的生长提供了的微环境。3D打印技术易于调控精度，可随意改变支架的走向和孔隙，能按照预设的模型精准打印，具有成型迅速、样品标准、规模量产等优点，并且可通过改变各种参数打印出不同规模的支架。材料在组织工程支架构建中起着重要作用，支架材料的研究及选择是组织工程支架的重要研究内容，同时也制约着3D打印组织工程支架的发展。目前的3D打印生物支架的材料包括人工合成材料和天然高分子材料两大类。人工合成材料包括聚交酯，聚羟基烷酸酯，聚碳酸酯，聚乳酸，聚羟基乙酸等；天然高分子材料包括胶原、壳聚糖、细胞基质、甲壳质、海藻酸盐等。人工合成材料具有良好的力学性能和可塑性，容易打印成型，但生物相容性较差，其降解产物多引起周围炎症；天然高分子材料具有良好的生物相容性、生物可降解性及生物活性，可以更好的诱导受伤皮肤的自我恢复，因此是优良的组织工程支架材料。胶原(COL)是细胞外基质的主要成份，也是人体内多种组织的主要组成成分，因此胶原在组织工程领域应用时，常被看作是生物本体的一个组成部分而不是外源物质，胶原在体内可促进细胞的增殖分化及维持细胞分裂的相关机能。但单纯的胶原力学性能较差，且在体内各种酶的作用下降解速度过快，新生组织还未长好支架已经坍塌。因此，寻找一种稳定性大幅提升的胶原复合材料尤为重要。技术实现要素：本发明的目的是针对上述现有技术存在的不足，本发明提供一种用于3D打印组织工程支架的生物水凝胶及其制备方法，能更好的提高胶原本身的机械强度及稳定性，也可减缓胶原在人体内的降解速度，生物可降解性和生物相容性可得到有效提升。本发明的技术方案是：一种用于3D打印组织工程支架的生物水凝胶，其特征在于，所述生物水凝胶由以下质量百分含量的原料组成：双醛基纳米纤维素(DANCC)20～70%、胶原(COL)20～70%、壳聚糖(CS)20～60%。所述的胶原是Ⅰ型胶原或Ⅱ型胶原。所述双醛基纳米纤维素的直径1～20nm，长度为100～1500nm。一种用于3D打印组织工程支架的生物水凝胶及其制备方法，其特征在于，包括如下操作步骤：(1)准备溶剂：采用醋酸水溶液、六氟异丙醇、三氟乙醇、水中的一种或几种的混合溶液；(2)将胶原、壳聚糖按照一定的比例与上述溶剂搅拌共混形成共混液，共混温度为1～25℃，共混时间为2～48h，搅拌速度200～2000rpm；(3)将交联剂双醛基纳米纤维素加入到步骤2中的共混液中进行交联，交联的温度为8～32℃，交联的时间为2～48h，得到生物水凝胶；(4)将制得的生物水凝胶在1～10℃条件下进行无菌储存。本发明的有益效果为：(1)本发明所使用的DANCC可从诸多天然植物、农作物废弃物，或从从微晶纤维素中通过常规化学方法获取，提高了植物纤维的附加价值；(2)本发明所使用的DANCC为直径1-20nm，长度100～1500nm，如此小的粒径便于从3D喷头中挤出；(3)本发明所使用的COL和CS和DANCC均属于天然高分子材料，具有良好的生物可降解性和生物相容性。(4)DANCC作为COL和CS的交联剂，COL和CS分子间自身可产生相互作用，两种改性方法相结合，有助于更好的提高胶原本身的机械强度及稳定性，可减缓胶原在人体内的降解速度。具体实施方式下面通过实施例对本发明作进一步的说明：具体实施方式1(1)使用原料的质量百分含量：DANCC50%、COL(Ⅰ型)50%；(2)所使用的溶剂为0.5mol/L的醋酸水溶液，溶质总质量与溶剂的质量比为2：98；(3)DANCC与COL于4℃共混6h，搅拌速度1000rpm；(4)DANCC与COL共混液交联温度为15℃，交联时间为24h；(5)1℃无菌储存备用。具体实施方式2(1)使用原料的质量百分含量：DANCC40%、COL(Ⅰ型、Ⅰ型)40%、CS20%；(2)所使用的溶剂为六氟异丙醇与水的混合溶液，溶质总质量与溶剂的质量比为4：96；(3)DANCC、COL及CS于2℃共混16h，搅拌速度800rpm；(4)DANCC与COL共混液交联温度为19℃，交联时间为16h；(5)3℃无菌储存备用。具体实施方式3(1)使用原料的质量百分含量：DANCC30%、COL(Ⅰ型、Ⅰ型)40%、CS30%；(2)所使用的溶剂为三氟乙醇与水的混合溶液，溶质总质量与溶剂的质量比为5：95；(3)DANCC、COL及CS于8℃共混8h，搅拌速度800rpm；(4)DANCC与COL共混液交联温度为25℃，交联时间为20h；(5)5℃无菌储存备用。具体实施方式4(1)使用原料的质量百分含量：DANCC50%、CS50%；(2)所使用的溶剂为三氟乙醇与醋酸水溶液的的混合溶液，溶质总质量与溶剂的质量比为5：95；(3)DANCC与CS于6℃共混8h，搅拌速度800rpm；(4)DANCC与COL共混液交联温度为22℃，交联时间为24h；(5)7℃无菌储存备用。具体实施方式5(1)使用原料的质量百分含量：DANCC40%、CS40%、COL20%；(2)所使用的溶剂为三氟乙醇与醋酸水溶液的的混合溶液，溶质总质量与溶剂的质量比为5：95；(3)DANCC，CS及COL于4℃共混16h，搅拌速度400rpm；(4)DANCC与COL共混液交联温度为27℃，交联时间为12h；(5)2℃无菌储存备用。具体实施方式6(1)使用原料的质量百分含量：DANCC40%、CS40%、COL20%；(2)所使用的溶剂为三氟乙醇与六氟异丙醇的的混合溶液，溶质总质量与溶剂的质量比为6：94；(3)DANCC，CS及COL于4℃共混18h，搅拌速度700rpm；(4)DANCC与COL共混液交联温度为25℃，交联时间为10h；(5)4℃无菌储存备用。将制备的生物水凝胶做成圆柱体形，高度为12mm，直径为20mm，温度25℃，相对湿度50%条件下的力学性能如下表：名称压缩破坏强度纯胶原蛋白水凝胶1.9Kpa具体实施方式一所得生物水凝胶19.8KPa具体实施方式二所得生物水凝胶17.3KPa具体实施方式三所得生物水凝胶21.5KPa具体实施方式四所得生物水凝胶19.2KPa具体实施方式五所得生物水凝胶18.3KPa具体实施方式六所得生物水凝胶22.7KPa当前第1页1 2 3