[发明专利]一种用于3D打印的墨水材料、制备方法及用途

说明书

本发明涉及一种用于3D打印的墨水、制备方法及墨水的用途。该墨水是由α玉米醇溶蛋白，玉米蛋白重量0‑0％的制孔剂,乙醇和水组成的凝胶。该制备方法包括：把10～50％重量的玉米醇溶蛋白溶解在含有40～90％(v/v)乙醇的水溶液中,加入玉米蛋白重量0‑10％的制孔剂,在5～95℃恒温静置1～10天或者搅拌30分钟‑24小时后，获得可用于3D打印的墨水材料。该方法条件温和、操作简单，所述的3D打印的墨水的力学性能和生物相容性好。可用于生物医学领域，在室温下3D打印制备组织工程替代物和止血材料。

技术领域

本发明属于生物制造领域，涉及一种可用于3D打印的墨水材料、制备方法及墨水的用途。

背景技术

3D打印技术是近年来兴起的一项新兴制造技术，是根据计算机辅助设计，或者通过影像诊断仪如CT断层扫描仪获得数据后再输出到3D打印机，用打印墨水精确3D堆积、快速制造既定形状的3D数字化成型技术。迄今为止，能够用于3D打印的材料有合成高分子(如：聚乳酸(PLA)、聚己内酯(PCL))、天然高分子(如：明胶、胶原蛋白、壳聚糖、海藻酸钠、纤维素)和无机材料(如羟基磷灰石、磷酸三钙)。天然高分子材料具有优良的生物相容性、可降解性和可在较低温度下打印等特点。但因力学性能差使其应用受到了限制。寻找新的基于天然高分子材料的生物墨水是3D打印领域亟待解决的问题。

玉米醇溶蛋白已被证明在组织工程领域具有应用潜力，如用传统的模压成型法制备的三维多孔支架具有优良的细胞相容性和力学性能，能用于骨缺损修复。开发可3D打印的玉米醇溶蛋白墨水将极大地推动该材料在生物医学工程领域更为广泛的应用。经检索，仅有一篇会议论文与之相关(ESAFORM 2016:Proceedings of the 19^th InternationalEASFORM Conference on Material Forming)，该工作采用玉米蛋白与增塑剂甘油混合后作为墨水，在130℃温度下进行打印。该温度下的玉米蛋白呈现热塑性质，对其生物相容性和降解性能均有不良影响。本发明提供可用于3D打印的玉米蛋白墨水，可在温和条件下进行3D打印，不仅不会影响玉米蛋白的结构和性质，而且利于维持细胞和活性因子活性。

发明内容

本发明要解决的问题是：提供一种用于3D打印的墨水材料。

本发明要解决的另一问题是：提供上述用于3D打印的墨水材料的制备方法。

本发明要解决的第三个问题是：提供上述3D打印墨水的用途。

本发明的用于3D打印的墨水是由α玉米醇溶蛋白组成的凝胶,该凝胶可以在室温下进行3D打印。具体的说，该凝胶是含有10～50％(w/v)的α玉米醇溶蛋白的乙醇和水混合溶液形成的凝胶，所述的乙醇和水混合溶液与α玉米醇溶蛋白是体积与重量之比，例如，100ml乙醇和水混合溶液中含有α玉米醇溶蛋白10-50克。推荐该α玉米醇溶蛋白凝胶中含有30～50％重量的α玉米醇溶蛋白。所述的乙醇和水混合溶液中，乙醇和水的体积比为40～90：10～60。推荐醇和水的体积比为60～85：15～40。

本发明所述的用于3D打印的墨水材料的制备方法是通过以下步骤实现的：把10～50％玉米醇溶蛋白溶解在乙醇和水的混合溶液中，在5～95℃下，推荐10-50℃下，静置反应1～10天，推荐1-3天，或者在此温度下将上述的10～50％玉米醇溶蛋白溶解在乙醇和水的混合溶液，搅拌反应30分钟-24小时后获得用于3D打印的墨水。推荐采用搅拌方法，使墨水性能更加可控，制得可用于3D打印的墨水材料；所述的混合溶液中，乙醇和水的体积比为40～90：10～60。所述的制备方法中，优先采用室温下制备；还可以通过在制得的墨水中加入制孔剂的方法调整打印产品的孔结构和孔隙率，推荐加入量为玉米醇溶蛋白质量的0-10％w/w。所述的制孔剂甘露醇、碳酸氢铵、氯化钠、酒石酸钠和柠檬酸钠等水溶性物质或糖的颗粒，也可用石蜡颗粒或冰颗粒等周知的制孔剂。