一种可低温挤出的水性聚氨酯与聚己内酯复合材料及其制备方法和应用

本发明属于组织生物制造，具体涉及一种可低温挤出的水性聚氨酯与聚己内酯复合材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、软骨组织缺乏自我修复和再生能力，由于先天性或后天性原因缺失或缺损后难以修复自我再生、修复。组织工程和生物制造的发展为弹性软骨损伤修复提供了具有潜力的可替代方案。弹性软骨组织具有较好的弹性和较高的刚性，单独应用天然高分子材料负载细胞打印难以满足其机械性能的需求，而大部分可提供较好机械性能的合成高分子材料又无法负载细胞。因此近年，同时应用合成高分子材料和负载细胞的生物水凝胶通过多喷头多材料同步打印具有活性和优异刚性成为了解决该问题的有效手段。然而，目前常用的作为支撑材料的合成高分子需要高温熔融(常需100～200℃)后才能挤出，对其层-层接触的水凝胶中的细胞产生高温损伤，从而影响细胞活性和软骨组织形成。同时，常用热塑性聚酯类材料常常亲水性差，细胞粘附性差，进一步影响细胞的增殖、迁移等生物学行为。因此，亟需一种可以以较低温度挤出、亲水性好、机械性能优异、可降解且生物相容性好的合成高分子材料作为共打印弹性软骨组织的支撑结构。

技术实现思路

1、为解决现有技术的不足，本发明提供了一种可低温挤出的水性聚氨酯与聚己内酯复合材料及其制备方法和应用。本发明提供了可以在50～60℃的较低温度挤出、亲水性好、机械性能优异、理化性能可调的、生物相容性好的水性聚氨酯与聚己内酯复合高分子聚合物，用以作为支撑结构部分，生物打印工程化软骨组织。以此打印出的复杂形态工程化软骨分辨率高、细胞活性高、细胞生物学行为保持好，材料制备方法简单，条件温和，易于工业化。

2、本发明所提供的技术方案如下：

3、一种可低温挤出的水性聚氨酯与聚己内酯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

4、1)获取氨基酸改性水性聚氨酯和聚己内酯；

5、2)将氨基酸改性水性聚氨酯和聚己内酯在二氯甲烷中混合，然后在烘箱中干燥，即得可低温挤出的水性聚氨酯与聚己内酯复合材料。

6、本发明所提供的可低温挤出的水性聚氨酯与聚己内酯复合材料，可以在较低温度(50～60℃)熔融挤出，与负载细胞水凝胶通过多喷头多材料同步打印，形成相互交织的网格结构，从而减少对印刷水凝胶包负载细胞的损害。

7、具体的，步骤2)中，氨基酸改性水性聚氨酯和聚己内酯的质量比为(3:1)～(1:3)。

8、基于上述技术方案，通过对两种高分子材料复合比例的调控，可实现对材料整体降解性能、机械性能和亲水属性等理化性质的调控，以满足不同软骨组织生物制造和再生的需求。

9、具体的，步骤2)中，干燥温度为35～45℃，干燥时间为60～84h。

10、本发明还提供了根据上述制备方法制备得到的可低温挤出的水性聚氨酯与聚己内酯复合材料。

11、本发明还提供了可低温挤出的水性聚氨酯与聚己内酯复合材料的应用，用于制备弹性软骨制品。

12、具体的，用于和负载细胞水凝胶通过多喷头多材料同步打印制备弹性软骨制品。

13、具体的，所述打印的共挤沉积温度为50～60℃。

14、具体的，所述打印的挤出速度为高速挤出。

15、具体的，用于制备仿生弹性耳廓软骨制品。

16、本发明的有益效果包括：

17、1)应用本发明所提供的可低温挤出的水性聚氨酯与聚己内酯复合材料与负载细胞的水凝胶共打印，可构建高分辨率的复杂三维仿生结构，在不影响细胞活性的前提下，实现机械性能和细胞生物学行为的基本仿生；

18、2)本发明所提供的可低温挤出的水性聚氨酯与聚己内酯复合材料的制备方法简单，材料制备条件和打印条件温和，操作简单易行，易于工业化，可用于生物打印优异的类弹性软骨组织。

技术特征：

1.一种可低温挤出的水性聚氨酯与聚己内酯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的可低温挤出的水性聚氨酯与聚己内酯复合材料的制备方法，其特征在于：步骤2)中，氨基酸改性水性聚氨酯和聚己内酯的质量比为(3:1)～(1:3)。

3.根据权利要求1所述的可低温挤出的水性聚氨酯与聚己内酯复合材料的制备方法，其特征在于：步骤2)中，干燥温度为35～45℃，干燥时间为60～84h。

4.一种根据权利要求1至3任一所述的制备方法制备得到的可低温挤出的水性聚氨酯与聚己内酯复合材料。

5.一种根据权利要求4所述的可低温挤出的水性聚氨酯与聚己内酯复合材料的应用，其特征在于：用于制备弹性软骨制品。

6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于：用于和负载细胞水凝胶通过多喷头共打印制备弹性软骨制品。

7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于：所述打印的共挤沉积温度为50～60℃。

8.根据权利要求6所述的应用，其特征在于：所述打印的挤出速度为高速挤出。

9.根据权利要求5至8任一所述的应用，其特征在于：用于制备仿生弹性耳廓软骨制品。

技术总结
本发明属于组织生物制造技术领域，具体涉及一种可低温挤出的水性聚氨酯与聚己内酯复合材料及其制备方法和应用。该复合材料的制备方法包括以下步骤：1)获取氨基酸改性水性聚氨酯和聚己内酯；2)将氨基酸改性水性聚氨酯和聚己内酯在二氯甲烷中混合，然后在烘箱中干燥，即得可进行50～60℃的低温挤出的水性聚氨酯与聚己内酯复合材料。该复合材料可以以较低温度挤出、亲水性好、机械性能优异、理化性能可调的、生物相容性好，可用以作为支撑结构部分，生物打印工程化软骨组织。以其打印出的复杂形态工程化软骨分辨率高、细胞活性高、细胞生物学行为保持好，材料制备方法简单，条件温和，易于工业化。

技术研发人员：郭丽,赵丽
受保护的技术使用者：中国医学科学院整形外科医院
技术研发日：
技术公布日：2024/6/5