光交联的魔芋葡甘聚糖墨水的制备及3D打印支架的研究

来源 :广西医科大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xy_lfr
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目的:3D生物打印技术能够精准地制造3D含细胞的结构,进而修复和再生组织器官。然而,目前能够进行3D打印并具有高形状保真性和良好生物学功能的天然材料种类有限。本研究探讨利用3D打印技术,制备KGM(konjac glucomannan,魔芋葡甘聚糖)水凝胶支架以用于组织工程中,且检测其流变性、保真性、力学性能及生物相容性等特征。方法:第一部分:首先制备不同浓度的KGM墨水进行挤压打印,获得最佳打印浓度用于后续实验。然后将KGM与MA(methacrylate anhydride,甲基丙烯酸酐)进行反应合成不同取代度的KGMMA(konjac glucomannan methacrylate,魔芋葡甘聚糖甲基丙烯酸酯)(KGMMA1和KGMMA2)。接着采用核磁共振的方法对取代情况进行验证;通过对KGM溶液、KGMMA1和KGMMA2水凝胶前驱液进行流变性分析,检测其剪切稀化的特性。最后,利用3D打印技术,制备水凝胶支架,进行紫外光交联后,测试KGM、KGMMA1和KGMMA2水凝胶支架的保真性。第二部分:首先通过3D打印技术制备KGMMA1和KGMMA2水凝胶格子支架(10mm×10mm×1.5mm),再对其性能进行分析。通过力学性能测试,测量其刚性;对KGMMA水凝胶支架进行扫描电镜观察,检测其孔径大小;对两种KGMMA水凝胶支架的溶胀性能和降解性能进行检测比较,分析甲基丙烯酸酐的浓度对其性能的影响;细胞与材料混合打印后孵育24小时,通过活/死细胞染色,检测支架的细胞相容性。结果:第一部分:浓度为2-5%(w/v)KGM水凝胶进行打印后,浓度为3%的水凝胶支架的成型行较好,分辨率也较高,打印气压相对较低,因而选择该浓度进行后续实验。与KGM的结构相比,KGMMA的结构中新出现了双峰即5.7ppm和6.1 ppm位置以及1.9ppm位置的峰更高更大。KGM溶液及KGMMA水凝胶前驱液的粘度随剪切速率的增加而降低,且KGMMA水凝胶储存模量大于损耗模量,储存模量不随应力和频率而变化。常温下、受干预后以及PBS(phosphate buffer solution,磷酸盐缓冲溶液)中,与KGM支架比较,KGMMA支架形状都保存较好。第二部分:与KGMMA1支架比较,KGMMA2支架的杨氏模量明显上升,孔径较小,溶胀率和降解率降低。打印的混合支架经培养24小时后,KGM和KGMMA1水凝胶支架内细胞活性高于85%,但KGMMA2内的细胞活性小于80%。结论:通过接枝MA,可以提高打印后支架的形状保真性,且通过调节MA的接枝度,调控支架的力学性能、孔径大小,溶胀性能和降解性能。低接枝度的KGM水凝胶支架的生物学相容性较好,更适于培养细胞,说明其有望用于组织工程。
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