本发明涉及3D打印材料领域，特别是涉及一种3D打印生物纸及其制备方法和用途。
背景技术：
传统数控制造一般是在原材料基础上，使用切割、磨削、腐蚀、熔融等办法，去除多余部分，得到零部件，再以拼装、焊接等方法组合成最终产品。而3D打印是一种数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层堆叠累积的方式来构造物体的技术，因此也称为“增材制造”(additive manufacturing)。3D打印无需原胚和模具，就能直接根据计算机图形数据生成任何形状的物体，简化产品的制造程序，缩短产品的研制周期，提高效率并降低成本。
3D打印技术又称增材制造技术，实际上是快速成型领域的一种新兴技术，它是一种以数字模型文件为基础，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印技术从概念的提出到现在已经有30多年的发展历史。随着技术、设备的日趋成熟，3D打印开始走进大众的视野并迅速成为制造业的新宠。而对医疗界而言，3D打印技术预示着一场医学新革命或将来临。从仿真医疗模型、生物医疗器械，到更具个性化的移植组织或气管、更具潜力的生物高分子材料，都将聚拢于3D打印麾下。
生物打印是3D打印在医疗领域的应用，用以制造活组织和活器官，其在组织工程中的应用已然成为最热门的研究课题之一。2009年底，澳大利亚Invetech公司和美国Organovo公司宣布携手研制出了全球首台商业化3D生物打印机，打印机有两个打印头，一个放置最多达8万个人体细胞，被称为“生物墨”；另一个可打印“生物纸”。所谓生物纸的主要成分是水凝胶，可用作细胞生长的支架。
基于生物大分子的水凝胶含水量高，力学性质与软组织相似，具有良好的生物相容性、输送养分和排泄代谢物的高效性以及包裹细胞的强大能力，这些特点使其被广泛地用于构建组织工程支架、药物缓释体系等。
生物打印可以实现个性化定制，制成与人体组织高度匹配的“零件”，用于复杂骨科手术、颅骨修复、小耳畸形修复和口腔正畸等。科学家的最大的雄心便在于打印出心、肝脏等人体器官以解决全球日益增多等待器官移植患者的需求。大多数器官的结构高度复杂，常常由几十种不同的细胞组成并发挥着各种不同的功能，以肝脏为例，其所发挥的生物学功能多达500种。从技术上讲，通过沿Z轴逐层打印细胞的的3D打印机可以“搭建”出由细胞“叠成”的组织或器官，但从生物学角度说，若想这些组织或器官适用于人体移植，则需要考虑如何将不同类型的细胞“打印”至适当的位置，以使其像胚胎一样逐渐发育成所想要的组织或器官；还要考虑如何为这些细胞提供营养物质和氧气，即如何建造一个血液循环系统。
如今3D打印和应用于组织工程的水凝胶材料都发展到了一定的阶段，如何把两者融合到一起完成生物打印，便成了一个新的问题。生物打印技术方兴未艾，而大部分应用材料还停留在基础研究阶段，既要考虑材料的物理化学及生物学性能，还需要解决“打印”成型的问题，离实际应用还有一段距离。
技术实现要素：
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种3D打印生物纸及其制备方法和用途，用于解决现有技术中的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种3D打印生物纸，其原料按重量份计，包括如下组分：
优选的，所述胶原蛋白为I型胶原蛋白。
在本发明一实施例中，所述I型胶原蛋白为Sigma的C-9879胶原蛋白I型。
优选的，所述海藻多糖为褐藻多糖。
优选的，所述温敏性聚合物选自PDMAEMA(聚甲基丙烯酸N,N-二甲基氨基乙酯)、PNIPAM(聚(N-异丙基丙烯酰胺))、PMEMA(N－乙基吗啉甲基丙烯酸酯)、聚N-异丙基丙烯酰胺类、PEO-PPO-PEO三嵌段共聚物以及具有温变性的改性天然高分子中的一种或多种的组合。
更优选的，所述温敏性聚合物选自PDMAEMA(聚甲基丙烯酸N,N-二甲基氨基乙酯)、PNIPAM(聚(N-异丙基丙烯酰胺))、PMEMA(N－乙基吗啉甲基丙烯酸酯)中的一种或多种的组合。
进一步优选的，所述PDMAEMA数均分子量为20000-50000，PNIPAM数均分子量为30000-50000，PMEMA数均分子量为60000-80000。
优选的，所述生物大分子选自天冬酰胺、复合多糖、纤维素、透明质酸、壳聚糖、海藻酸类天然高分子及其改性物中的一种或多种的组合。
更优选的，所述复合多糖可选用各种市售的复合多糖，具体可选用的复合多糖包括但不限于猴头菇多糖，香菇多糖、银耳多糖、茯苓多糖、虫草多糖、柏树菌多糖、云芝多糖、猪苓多糖、蜜环菌多糖、灵芝多糖等的一种或多种的组合。
更优选的，所述纤维素可选用各种市售的纤维素，具体可选用的纤维素包括但不限于多聚合纤维素，木质素纤维，甲基纤维素，羟丙甲基纤维素，羟乙基纤维素，羧甲基纤维素等的一种或多种的组合。在本发明一实施例中，所述纤维素为羟丙甲基纤维素2910型。
更优选的，所述海藻酸类天然高分子及其改性物选自海藻酸钠、海藻酸铵、海藻精浓缩液、海藻酸钾、海藻精粉剂等中的一种或多种的组合。
所述透明质酸和壳聚糖可选用各种市售的透明质酸和壳聚糖，在本发明一实施例中，所述透明质酸的数均分子量：10000-50000，壳聚糖的数均分子量：40000-80000。
优选的，所述光聚引发剂为硝苯地平。
优选的，所述细胞生长因子选自T细胞生长因子、EGF表皮细胞生长因子、成纤维细胞生长因子等的一种或多种的组合，所述营养组分选自氨基酸、核苷酸和维生素中的一种或多种的组合。
在本发明一实施例中，所述细胞生长因子为EGF表皮细胞生长因子，所述营养组分为N—乙酰蛋氨酸。
优选的，所述交联剂选自聚乙烯、聚氯乙烯、氯化聚乙烯、EVA、聚苯乙烯乙丙橡胶、各种氟橡胶、CPE等特种橡胶等的一种或者多种。
更优选的，所述交联剂为线性低密度聚乙烯，密度为0.918～0.935g/cm3。
优选的，按重量份计，还包括0.5-1份调节剂，所述调节剂选自生长素、赤霉素、乙烯、细胞分裂素、脱落酸、芸薹素内酯、胺鲜酯(DA-6)、氯吡脲(KT-30)、复硝酚钠、6-BA、细胞分裂素、α-萘乙酸钠、5-硝基愈创木酚钠、吲哚丁酸等的一种或多种的组合。
在本发明一实施例中，所述调节剂为赤霉素。
本发明第二方面提供所述3D打印生物纸的制备方法，具体为：将各组分混合并充分搅拌后，95-100℃干燥即得所述3D打印生物纸。
本发明第三方面提供所述3D打印生物纸在3D生物打印中的用途。
本发明公开了一种3D打印生物纸及其制备方法和用途。本发明所提供的3D打印生物纸属于水凝胶材料中的一种，3D生物打印时易于成型，其具体包括水，胶原蛋白，花生四烯酸，海藻多糖，温敏性聚合物和生物大分子，并含有细胞生长因子及营养组分。本发明的3D打印生物纸具有良好的力学性质，并可包裹细胞，此外，还具有良好的细胞黏附性、生物降解性好、安全无毒，且能够配合相应的技术设备。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，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发明的其他优点与功效。本发明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，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
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。
此外应理解，本发明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，本发明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发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容的情况下，当亦视为本发明可实施的范畴。
实施例中所使用的各原料信息如下：
实施例1
3D打印生物纸的质量百分含量配比为：
水80份，胶原蛋白30份，花生四烯酸20份，海藻多糖10份，温敏性聚合物PDMAEMA8份，复合多糖(生物大分子)8.5份，细胞生长因子及营养组分1份(细胞生长因子和营养组分的比例为1：1)，光聚合引发剂1份，交联剂1份，调节剂0.5份。将各原料混合，充分搅拌后95-100℃干燥即得所述3D打印生物纸。
实施例2
3D打印生物纸的质量百分含量配比为：
水85份，胶原蛋白35份，花生四烯酸25份，海藻多糖15份，温敏性聚合物PNIPAM 5份，透明质酸(生物大分子)6.5份，细胞生长因子及营养组分1份(细胞生长因子和营养组分的比例为1：0.8)，光聚合引发剂1份，交联剂1份，调节剂0.5份。将各原料混合，充分搅拌后95-100℃干燥即得所述3D打印生物纸。
实施例3
3D打印生物纸的质量百分含量配比为：
水86.5份，胶原蛋白40份，花生四烯酸30份，海藻多糖20份，温敏性聚合物PDMAEMA5份，纤维素(生物大分子)5份，细胞生长因子及营养组分1份(细胞生长因子和营养组分的比例为1：1.2)，光聚合引发剂1份，交联剂1份，调节剂0.5份。将各原料混合，充分搅拌后95-100℃干燥即得所述3D打印生物纸。
通过QBT 1012-2010的方法对实施例1-3所得的3D打印生物纸进行性能检测，具体结果如表1所示：
表1
综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。