[发明专利]一种血管化生命结构体一站式制备方法

权利要求书

1.一种血管化生命结构体一站式制备方法，其特征在于：制备系统由注射泵（1）提供材料挤出所需推动力；采用两个医用活塞式注射器作为两个供料针筒（2、3），一个为壳层供料针筒（2），另一个为芯层供料针筒（3）；由一个同轴喷头（4）的内针头连接芯层供料针筒（3），该同轴喷头（4）的侧面通道连接壳层供料针筒（2）；制备工艺流程如下：

1）原液制备：将生物材料及其交联剂以相应的溶剂按设定比例分别配制成生物材料原液和交联剂原液；

2）细胞与生长因子混入：按设定浓度将单一细胞或多细胞添加至生物材料原液，充分混合均匀后作为壳层材料装入壳层供料针筒（2）；按设定浓度将生长因子添加至交联剂原液，充分混合均匀后作为芯层材料装入芯层供料针筒（3）；

3）中空纤维制备：生物材料原液与交联剂原液在同轴喷头（4）内形成同轴流体，所形成的环形生物材料原液被芯部的交联剂原液交联固化，出离同轴喷头（4）后即形成管状的中空纤维（5）； 

4）微观细胞组装：芯层交联剂溶液中的生长因子向中空纤维（5）中扩散，并沿其径向呈梯度分布；纤维壳层中所装载的细胞在生长因子梯度作用下迁移而呈规则的分区域组装；

5）宏观结构3D打印：经由同轴喷头（4）后所成形的含细胞的中空纤维（5）作为生命结构体（6）的基本单元，以3D打印的形式自底向上的层层搭建生命结构体（6）宏观几何形状。

2.根据权利要求1所述的血管化生命结构体一站式制备方法，其特征在于：所述步骤1）原液制备，其中生物材料以海藻酸钠为主体，用去离子水作为溶剂配制成浓度为3~5%（w/v）的生物材料原液；另外，还可添加羟基磷灰石、壳聚糖或明胶材料，添入量与海藻酸钠的质量比为（0.5~1.5）:1，以提高生命结构体（6）的力学和生物学性能；交联剂为氯化钙，通过钙离子的快速扩散及与海藻酸钠的螯合反应实现生物材料原液的交联固化；氯化钙以去离子水为溶剂配制成浓度为3~4%（w/v）的交联剂原液；上述配比范围的生物材料原液和交联剂原液配比组合可保障中空纤维的流畅挤出和固化强度等。

3.根据权利要求1所述的血管化生命结构体一站式制备方法，其特征在于：所述步骤2）细胞与生长因子混入，依据目标生命组织选择相应的细胞组成和生长因子；为了促进生命结构体的快速血管化，内皮细胞作为必选的细胞种类混入生物材料原液，其浓度设定为2~3×10⁶ cells/ml；而多细胞体系中的其他种类，可根据具体生命结构体具体需要添加成骨细胞、或成纤维细胞、或间充质干细胞；交联剂原液中混入可对内皮细胞产生迁移驱动影响的内皮细胞生长因子，其浓度设定为20~50 ng/ml。

4.根据权利要求1所述的血管化生命结构体一站式制备方法，其特征在于：所述步骤3）中空纤维制备是制备具有类血管结构和功能的中空纤维；生物材料原液与交联剂原液在注射泵（1）的推动下分别通入同轴喷头（4）的外针头（1-3）和内针头（1-1），并在四氟乙烯管（1-4）管腔的约束下形成同轴射流；随着两流体的接触，外层的环形生物材料原液沿径向方向由内向外被交联，并沿轴向流动方向由最初的粘流态逐渐趋于完全凝胶化，形成中空纤维。

5.根据权利要求1所述的血管化生命结构体一站式制备方法，其特征在于：所述步骤4）微观细胞组装是使得中空纤维所装载多细胞呈血管微观结构类似的规则的细胞分布；

首先，多细胞均匀分布在生物材料原液中被挤出，而生长因子随交联剂在中空纤维芯部流动；随后，生长因子沿纤维径向扩散形成一定的浓度梯度，受其作用的细胞在该梯度的诱导下发生定向迁移；最终，多细胞体系实现区域化单一细胞富集。

6.根据权利要求1所述的血管化生命结构体一站式制备方法，其特征在于：所述步骤5）宏观结构3D打印是：以载细胞中空纤维作为生命结构体基本单元搭建所需生命结构体宏观几何形状；为了创造一个相对较为干燥的成形环境，采用导流结构的接收板，该板包括：网眼结构接收板（6-1）：100×50×2 mm，网眼φ1.5；承托板（6-2）：100×50×30 mm，长度方向均布5个10×10的通槽；吸水性材料（6-3）：填充于通槽中；承托板下置一个接水池（6-4）；沉头螺钉（6-5）：在接收板四角，用沉头螺钉连接接收板（6-1）与承托板（6-2），螺钉规格为M3。