一种3D打印TPMS双网络多孔结构仿生水凝胶敷料的制备方法和应用

本发明属于生物医用材料领域，具体涉及一种3d打印tpms双网络多孔结构仿生水凝胶敷料的制备方法和应用。

背景技术：

1、皮肤作为人体最大的器官，覆养于全身表面，是防止病原生物侵害和体内水分流失的主要屏障。然而，慢性创面特别是糖尿病引起的创面给患者带来严重的身心伤害，同时也给家庭和社会增加负担。传统治疗方法如清创、外科手术和皮瓣移植存在一些缺陷，如治疗时间长、并发症风险高等，开发一种促进创面高质量愈合的治疗方法对于慢性创面的管理与治疗非常重要。

2、甲基丙烯酸酐化明胶(gelma)具有良好的生物相容性、细胞黏附性和可降解性，能够模拟细胞外基质的结构和功能，适用于光交联技术，可通过紫外光或可见光激发其固化反应，形成可控的三维网络结构。然而，单纯的gelma水凝胶在力学强度和降解速率方面存在一些不足，可能导致组织修复过程中支架的失效。甲基丙烯酰化透明质酸(hama)是一种具有较高力学强度和稳定性的高分子水凝胶，但其生物相容性较差，如果能将gelma和hama复合形成双网络水凝胶，可以实现两种材料的互补，提高支架的整体性能。

3、三周期极小曲面结构(tpms)是一种具有连续表面的可渗透单胞结构的无限非自相交三维周期性曲面结构，具有高孔隙率、高比表面积和高强度质量比的特点，并且具备复杂和高度对称的结构，可以用简洁的数学表达式来描述。tpms结构在组织工程研究领域引起广泛关注，因为其具有引导细胞黏附和输送营养物质的能力，从而促进创面修复，并通过其相对稳定的力学性能提供稳定的皮肤屏障功能。数字光处理(dlp)技术是一种高精度、高效率的三维打印技术，可以实现制备高精度的tpms结构水凝胶，目前未见报道三维打印制备tpms结构水凝胶的相关报道。

技术实现思路

1、本发明的主要目的是提供一种3d打印tpms双网络多孔结构仿生水凝胶敷料的制备方法，在gelma水凝胶中引入hama形成gelma-hama双网络水凝胶，接近人体细胞外基质(ecm)的组成，同时结合tpms结构设计并通过dlp技术得到，所得仿生水凝胶敷料力学强度高，同时保持良好的生物相容性和可塑性。

2、本发明的另一目的是提供前述3d打印tpms双网络多孔结构仿生水凝胶敷料在创面高质量愈合和修复中的应用，特别是用于制备糖尿病慢性创面愈合和修复的药物或产品。

3、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

4、本发明提供一种3d打印tpms双网络多孔结构仿生水凝胶敷料的制备方法，包括以下步骤：

5、(1)配制gelma溶液和hama溶液，gelma冻干粉、hama冻干粉分别与lap光交联剂一起加入到pbs溶液中，在一定温度条件下水浴震荡溶解得到；

6、(2)gelma溶液和hama溶液按体积比为1-10:1混合均匀，得到gelma-hama双网络水凝胶；

7、(3)软件设计tpms结构；

8、(4)采用efl光固化打印机，设置平台温度为37℃和料槽温度为40℃预热打印机，导入所述tpms结构的stl文件，设置阵列模型的打印摆放位置和打印参数进行水凝胶打印，即得；其中：

9、中心原始模型位置坐标：x-24，y-13.5；

10、两侧阵列模型位置坐标：x-20，y-13.5；x-28，y-13.5；

11、固化参数包括：光照强度为19mw/cm2，曝光时间为4.5s，基层层数为1层，基层曝光时间为10s，打印层高为50μm；

12、剥离参数包括：剥离距离为6mm，抬升高度为0mm，剥离速度为25mm/min，抬升速度为100mm/min，剥离回复速度为180mm/min。

13、作为优选，步骤(1)中，所述gelma溶液的浓度为15％(w/v)，通过gelma冻干粉和lap光交联剂加入到pbs溶液中，70℃水浴震荡溶解得到。

14、作为优选，步骤(1)中，所述hama溶液的浓度为1-3％(w/v)，通过hama冻干粉和lap光交联剂加入到pbs溶液中，37℃水浴震荡溶解得到。

15、作为优选，步骤(3)中，所述tpms结构选自不同孔隙率的diamond、i-wp、gyroid、primitive，包括diamond(30％、35％、40％)、i-wp(35％、40％、45％)、gyroid(40％、45％、50％)、primitive(45％、50％、55％)。

16、作为优选，步骤(4)中，还包括对整个模型进行数字切片得出打印计算结果，注入gelma-hama双网络水凝胶进行打印。

17、本发明还提供一种3d打印tpms双网络多孔结构仿生水凝胶敷料，通过所述3d打印tpms双网络多孔结构仿生水凝胶敷料的制备方法制得。

18、本发明还提供所述3d打印tpms双网络多孔结构仿生水凝胶敷料在制备创面愈合和修复的药物或产品中的应用。

19、作为优选，所述创面包括急慢性创面和溃疡性创面。

20、作为优选，所述创面为糖尿病慢性创面，且所述3d打印tpms双网络多孔结构仿生水凝胶敷料与纳米银材料、或prp血小板提取物、或中成药提取物联用。

21、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

22、1.tpms结构作为一种曲率光滑、高比表面积和高度对称的结构，不仅可以引导细胞黏附和输送营养物质，从而促进创面的修复，还可以通过其相对稳定的力学性能提供较为稳定的皮肤屏障功能，通过gelma/hama双网络水凝胶的比例控制和独特的三维tpms结构，为慢性创面的管理与治疗提供新的潜在途径，改善患者的康复效果和生活质量。

23、2.通过将gelma与hama复合形成双网络水凝胶，克服gelma水凝胶的力学弱点，同时保留其良好的生物相容性和可塑性，hama具有较高的力学强度和稳定性，可以为tpms双网络多孔结构仿生水凝胶敷料提供更好的整体性能。

24、3.采用dlp技术制备具有高精度的tpms结构水凝胶，通过合理控制材料比例，可有效提升tpms结构水凝胶的精度。

技术特征：

1.一种3d打印tpms双网络多孔结构仿生水凝胶敷料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述3d打印tpms双网络多孔结构仿生水凝胶敷料的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述gelma溶液的浓度为15％w/v，通过gelma冻干粉和lap光交联剂加入到pbs溶液中，70℃水浴震荡溶解得到。

3.根据权利要求1所述3d打印tpms双网络多孔结构仿生水凝胶敷料的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述hama溶液的浓度为1-3％w/v，通过hama冻干粉和lap光交联剂加入到pbs溶液中，37℃水浴震荡溶解得到。

4.根据权利要求1所述3d打印tpms双网络多孔结构仿生水凝胶敷料的制备方法，其特征在于，步骤3中，所述tpms结构选自不同孔隙率的diamond、i-wp、gyroid、primitive，包括孔隙率为30％、35％、40％的diamond，孔隙率为35％、40％、45％的i-wp，孔隙率为40％、45％、50％的gyroid，孔隙率为45％、50％、55％的primitive。

5.根据权利要求1所述3d打印tpms双网络多孔结构仿生水凝胶敷料的制备方法，其特征在于，步骤4中，还包括对整个模型进行数字切片得出打印计算结果，注入所述gelma-hama双网络水凝胶进行打印。

6.一种3d打印tpms双网络多孔结构仿生水凝胶敷料，其特征在于，通过权利要求1至5任一项所述3d打印tpms双网络多孔结构仿生水凝胶敷料的制备方法制得。

7.权利要求6所述3d打印tpms双网络多孔结构仿生水凝胶敷料在制备创面愈合和修复的药物或产品中的应用。

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述创面包括急慢性创面和溃疡性创面。

9.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述创面为糖尿病慢性创面，且所述3d打印tpms双网络多孔结构仿生水凝胶敷料与纳米银材料、或prp血小板提取物、或中成药提取物联用。

技术总结
本发明公开了一种3D打印TPMS双网络多孔结构仿生水凝胶敷料的制备方法和应用，该制备方法包括：GelMA冻干粉、HAMA冻干粉分别与LAP光交联剂溶于PBS溶液中，GelMA溶液和HAMA溶液按体积比为1‑10:1混合均匀，得到GelMA‑HAMA双网络水凝胶；软件设计TPMS结构；采用EFL光固化打印机，预热后导入所述TPMS结构的STL文件，设置阵列模型的打印摆放位置和打印参数进行水凝胶打印。本发明中GelMA‑HAMA双网络水凝胶结合TPMS结构设计，通过3D打印得到的仿生水凝胶敷料力学强度高，同时保持良好的生物相容性和可塑性，为慢性创面愈合和修复提供新的潜在途径。

技术研发人员：岳学峥,朱鴷,付新新,丁能,杜安通,吴海媚,刘金岳,桂启翔,韩丹,牛钟璞
受保护的技术使用者：上海理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15