[发明专利]一种梯度组织工程支架制作方法

说明书

一种梯度组织工程支架制作方法，包括采用生物高分子材料和水凝胶，利用低温沉积3D打印机打印三种网格，形成分层结构，分别为对应于浅层切向纤维的切向型网格、对应于中层过渡纤维的均匀网格以及对应于底层法向纤维的法向型网格，形成网格支架，其在力学强度上具有抗压力从浅到深逐渐增加，抗剪力从浅到深逐渐降低的特征；打印完后对网格支架进行第一次冷冻干燥，之后在成形的网格支架孔隙内灌入dECM溶液，并进行第二次冷冻干燥，除去dECM中的溶剂成分，获得具有接近正常软骨定向微观组织的复合的梯度组织工程支架。本发明可实现梯度复合支架的一次性成形，并显著优化仿生效果，可以很好地进行定量力学强度优化。

技术领域

本发明涉及生物组织工程领域，特别是涉及一种梯度组织工程支架制作方法。

背景技术

组织工程是是一门以细胞生物学和材料科学相结合，进行体外或体内构建组织或器官的新兴学科。通过细胞、支架结构与生长因子的混合培养，制造适用于修复人体组织或器官缺损的移植材料，可以实现缺损部位结构的再生和功能的重建。用于人体内的组织工程技术对材料生物特性、物理化学特性等方面提出了较高的要求，其中骨和软骨组织的重建对力学强度的要求最高，也对微观组织形态提出了一定的要求。

骨和软骨是人体中较为重要的承力组织，具有力学强度高，结构非均质的特征。复杂的非均质结构，或称为梯度结构，提供了非均匀的力学强度，适于支撑人体的重量和运动导致的应力。软骨组织具有优秀的梯度、非线性、粘弹性的力学性能；骨组织则具备皮质骨-松质骨的二级结构，在减轻重量的基础上具有极高的力学强度。在骨和软骨的组织工程重建中，如修复材料力学强度过弱，则难以承受恢复过程中的体内应力，导致材料变形、修复效果变差；如力学强度过强，也可能出现应力遮挡效应，令修复材料以外的正常组织承担应力减弱，造成骨质疏松等负面影响。

因此，仿生的，非线性梯度化的力学强度，对于组织工程支架的设计制造提出了苛刻和重要而要求。此外，微观组织形态的仿生化，对于重建过程中的细胞长入具有积极意义，也具有优化设计的价值。

生物3D打印(又称增材制造、快速成形)是一种新兴、灵活的组织工程技术，可以在不产生明显分界面的前提下实现分级/梯度软骨支架的制造。3D打印技术的核心是，依据离散/堆积成形原理的数字化成形——即在计算机的控制管理下，根据零件的CAD模型，通过材料的精确堆积，制造原型或零件，在产品开发与设计、快速工具(Rapid Tooling)、三维复制和临床医学领域均有应用。

定向冷冻是一种控制流体解冻时的温度场实现定向结晶，以令冷冻产物具有定向微观结构的加工方法。与冷冻干燥技术结合，可以获得具有定向微观组织的生物支架。

软骨组织具有结构较为简单、组织内无血管等有利条件，在组织工程研究中发展较快，具有较早进入临床应用的前景。然而，常见的软骨支架多为均质或准均质结构，力学强度的仿生性不够。多篇论文及专利CN201410097482中介绍了具有梯度化结构的软骨支架，但其制作方法多为分层粘接、分层浇铸或多材料打印，具有工艺繁琐，粘接/浇铸界面强度较差，难以进行定量力学强度优化等问题。

发明内容

本发明的主要目的在于针对现有技术的不足，提供一种梯度组织工程支架制作方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种梯度组织工程支架制作方法，包括采用生物高分子材料和水凝胶，利用低温沉积3D打印机打印三种网格，形成分层结构，分别为对应于浅层切向纤维的切向型网格、对应于中层过渡纤维的均匀网格以及对应于底层法向纤维的法向型网格，形成网格支架，其在力学强度上具有抗压力从浅到深逐渐增加，抗剪力从浅到深逐渐降低的特征；打印完后对网格支架进行第一次冷冻干燥，之后在成形的网格支架孔隙内灌入dECM溶液，并进行第二次冷冻干燥，除去dECM中的溶剂成分，获得具有接近正常软骨定向微观组织的复合的梯度组织工程支架。

进一步地：