本發(fā)明屬于生物材料技術領域，涉及一種多組分復合水凝膠的3D打印方法。

背景技術：

作為一種含水量達80％-99.5％的軟濕性材料，水凝膠具有良好的生物相容性和類似于細胞外基質的結構，在組織工程領域有著廣泛的應用。但正常生物組織通常由多種生物材料組成，不同的材料具有不同的特性，自然生物組織正是通過多種特性各異的生物材料的有機結合才營造出適宜組織生長的環(huán)境，如良好的彈性模量、較高的含水量和滲透性。而生物組織中密布著的血管網持續(xù)為組織輸送著營養(yǎng)并帶走組織代謝產生的代謝產物。綜合上述要求，利用水凝膠材料制造生物組織，需模仿正常生物組織將力學性能和含水特征等特性各異的多種水凝膠混合制造，以得到具有復雜孔隙結構的多組分復合水凝膠。

以模具成型為主的傳統(tǒng)水凝膠制造方法難以精確控制多組分復合水凝膠中各組分的的空間位置，而現(xiàn)有3D打印制造方法雖然能精確控制各組分的空間位置，但通常的方法是根據多組分復合水凝膠所包含的水凝膠數量確定打印噴頭數目，即幾種水凝膠材料就需要使用幾個打印噴頭，然后將不同打印頭所打印出的材料簡單融合形成多組分復合水凝膠。但是這種制造模式的弊端在于，所制造多組分復合水凝膠每增加一種水凝膠組分就得增加至少一個打印噴頭，而一旦所制造的多組分復合水凝膠包含的組分較多就需要使用大量打印噴頭，造成打印裝備及相關噴頭設計、裝配、控制等十分復雜和龐大。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術的缺點，提供了一種多組分復合水凝膠的3D打印方法，該方法能夠有效的降低噴頭的數量。

為達到上述目的，本發(fā)明所述的多組分復合水凝膠的3D打印方法包括以下步驟：

1)3D打印機上設有M個噴頭，配置M份溶液，然后將M組溶液分別通入對應的噴頭中；所述M份溶液中包括N份溶液A及K份溶液B，溶液A中的溶質由離子交聯(lián)水凝膠的凝膠前體a與光固化水凝膠或溫敏性水凝膠混合而成；溶液B中的溶質由離子交聯(lián)水凝膠的交聯(lián)劑b與光固化水凝膠或溫敏性水凝膠混合而成，離子交聯(lián)水凝膠的交聯(lián)劑b與離子交聯(lián)水凝膠的凝膠前體a能夠凝膠形成離子交聯(lián)水凝膠，N為大于等于1的正整數，B為大于等于1的正整數；

2)繪制待打印多組分復合水凝膠的三維模型，再將待打印多組分復合水凝膠的三維模型導入到3D打印機中，3D打印機根據待打印多組分復合水凝膠的三維模型通過所述M個噴頭完成多組分復合水凝膠的打印成型。

M份溶液中的溶劑為去離子水或PBS。

M份溶液還包括L份溶液C,其中，溶液C中的溶質為離子交聯(lián)水凝膠的凝膠前體a、離子交聯(lián)水凝膠的交聯(lián)劑b、光固化水凝膠、溫敏性水凝膠、離子交聯(lián)水凝膠的凝膠前體a與光固化水凝膠的混合物、離子交聯(lián)水凝膠的凝膠前體a與溫敏性水凝膠的混合物、離子交聯(lián)水凝膠的交聯(lián)劑b與光固化水凝膠的混合物、或離子交聯(lián)水凝膠的交聯(lián)劑b與溫敏性水凝膠的混合物，L為大于等于1的正整數。

當制備帶細胞的多組分符合水凝膠時，所述M份溶液中均還加入有細胞懸浮液。

步驟2)的具體操作為：繪制待打印多組分復合水凝膠的三維模型，再將待打印多組分復合水凝膠的三維模型導入到3D打印機中，3D打印機根據待打印多組分復合水凝膠的三維模型規(guī)劃各噴頭的運動路徑及打印時間，然后再根據各噴頭的運動路徑及打印時間完成多組分復合水凝膠的打印成型。

本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明所述的多組分復合水凝膠的3D打印方法在具體操作時，根據不同水凝膠的成膠方式選擇噴頭，將離子交聯(lián)水凝膠的凝膠前體a與光固化水凝膠或溫敏性水凝膠放置到同一噴頭中混合打印，將離子交聯(lián)水凝膠的交聯(lián)劑b與光固化水凝膠或溫敏性水凝膠放置到同一噴頭中混合打印，在打印過程中離子交聯(lián)水凝膠的交聯(lián)劑b與離子交聯(lián)水凝膠的凝膠前體a混合成膠形成離子交聯(lián)水凝膠，從而減少多組分復合水凝膠制備過程中的噴頭數目，降低打印裝置及噴頭的設計、裝配及控制復雜度及體積。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結構示意圖；

圖2為本發(fā)明應用于制造帶薄壁流道的多組分復合水凝膠的流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明做進一步詳細描述：

參考圖1，本發(fā)明所述的多組分復合水凝膠的3D打印方法包括以下步驟：

1)3D打印機上設有M個噴頭，配置M份溶液，然后將M組溶液分別通入對應的噴頭中；所述M份溶液中包括N份溶液A及K份溶液B，溶液A中的溶質由離子交聯(lián)水凝膠的凝膠前體a與光固化水凝膠或溫敏性水凝膠混合而成；溶液B中的溶質由離子交聯(lián)水凝膠的交聯(lián)劑b與光固化水凝膠或溫敏性水凝膠混合而成，離子交聯(lián)水凝膠的交聯(lián)劑b與離子交聯(lián)水凝膠的凝膠前體a能夠凝膠形成離子交聯(lián)水凝膠，N為大于等于1的正整數，B為大于等于1的正整數；

2)繪制待打印多組分復合水凝膠的三維模型，再將待打印多組分復合水凝膠的三維模型導入到3D打印機中，3D打印機根據待打印多組分復合水凝膠的三維模型通過所述M個噴頭完成多組分復合水凝膠的打印成型。

M份溶液中的溶劑為去離子水或PBS。

M份溶液還包括L份溶液C,其中，溶液C中的溶質為離子交聯(lián)水凝膠的凝膠前體a、離子交聯(lián)水凝膠的交聯(lián)劑b、光固化水凝膠、溫敏性水凝膠、離子交聯(lián)水凝膠的凝膠前體a與光固化水凝膠的混合物、離子交聯(lián)水凝膠的凝膠前體a與溫敏性水凝膠的混合物、離子交聯(lián)水凝膠的交聯(lián)劑b與光固化水凝膠的混合物、或離子交聯(lián)水凝膠的交聯(lián)劑b與溫敏性水凝膠的混合物，L為大于等于1的正整數。

當制備帶細胞的多組分符合水凝膠時，所述M份溶液中均還加入有細胞懸浮液。

步驟2)的具體操作為：繪制待打印多組分復合水凝膠的三維模型，再將待打印多組分復合水凝膠的三維模型導入到3D打印機中，3D打印機根據待打印多組分復合水凝膠的三維模型規(guī)劃各噴頭的運動路徑及打印時間，然后再根據各噴頭的運動路徑及打印時間完成多組分復合水凝膠的打印成型。

在離子交聯(lián)水凝膠的交聯(lián)劑b與離子交聯(lián)水凝膠的凝膠前體a的接觸位置，離子交聯(lián)水凝膠的交聯(lián)劑b與離子交聯(lián)水凝膠的凝膠前體a形成離子交聯(lián)水凝膠。

實施例一

帶薄壁流道的多組分復合水凝膠的制備過程包括以下步驟：

1)將質量濃度為10％的明膠加入去離子水中，再置于45℃-50℃恒溫水浴，直至明膠完全溶解為止，得明膠溶液；將質量濃度為2％的氯化鈣加入明膠溶液，再置于45℃-50℃水浴恒溫中攪拌，直至氯化鈣完全溶解，得明膠與氯化鈣的混合溶液；將質量濃度為0.3％的氯化鐵加入明膠與氯化鈣的混合溶液，再置于45℃-50℃水浴恒溫攪拌，直至氯化鐵完全溶解為止，得明膠、氯化鈣及氯化鐵的混合溶液；再將明膠、氯化鈣及氯化鐵的混合溶液通入到噴頭A中；

2)將質量濃度為20％聚乙二醇加入去離子水中，磁力攪拌，其中，攪拌轉速為100-400r/min，攪拌時間為10min，使聚乙二醇完全溶解，得聚乙二醇溶液；將質量濃度為0.5％的海藻酸鈉加入聚乙二醇溶液，攪拌直至海藻酸鈉完全溶解，得聚乙二醇與海藻酸鈉的混合溶液，再將聚乙二醇與海藻酸鈉的混合溶液通入到噴頭B中；

3)繪制待打印多組分復合水凝膠的三維模型，其中，待打印多組分復合水凝膠的三維模型中流道的位置由混有氯化鈣和氯化鐵的明膠組成，其他位置由混有海藻酸鈉的聚乙二醇組成，再根據待打印多組分復合水凝膠的三維模型規(guī)劃噴頭A與噴頭B的運動路徑及打印時間；

4)再根據噴頭A與噴頭B的運動路徑及打印時間完成多組分復合水凝膠的打印，在打印過程中，通過紫外光照射使聚乙二醇固化成膠，通過冷卻降溫使明膠固化成膠，聚乙二醇與明膠接觸的區(qū)域通過海藻酸鈉與鈣離子和鐵離子的離子交聯(lián)使海藻酸鈉固化成膠。

5)將打印完成的支架浸泡于放有去離子水的培養(yǎng)皿中，然后將培養(yǎng)皿放入37℃保溫箱2h-10h，待明膠液化流出后即可得到帶薄壁流道多組分復合水凝膠支架。