CN108144129A - 一种基于3d打印并用于创伤治疗的导电凝胶片层材料制剂及其制备方法 - Google Patents

一种基于3d打印并用于创伤治疗的导电凝胶片层材料制剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于3D打印并用于创伤治疗的导电凝胶片层材料制剂及其制备方法，它包括9*10‑5‑3*10‑4重量份的导电材料、9*10‑8‑3*10‑7重量份的蛋白、0.727‑0.749重量份的海藻酸钠水溶液、0.25‑0.272重量份的氯化钙水溶液，其中，海藻酸钠水溶液的质量百分比浓度为2％‑4％，氯化钙水溶液的质量百分比浓度为2％‑4％；所述导电凝胶片层材料制剂呈单层片层结构，由3D打印成中空的导电凝胶管排布而成。该制剂一方面可加速皮肤创伤愈合，另一方面可使愈合的皮肤具有神经功能传导性。该制备方法能够制造出实用且可控的中空导电凝胶片层结构。本发明利用3D打印技术，可以实现皮肤创伤部位细胞的营养提供的同时，并可促进创伤愈合，达到神经修复的双重疗效，并且该发明工艺简单，生产效率高，经济便捷。

Description

一种基于3D打印并用于创伤治疗的导电凝胶片层材料制剂及 其制备方法
技术领域
本发明属于生物制造技术领域，尤其涉及一种基于3D打印并用于创伤治疗的导电凝胶片层材料制剂及其制备方法。
背景技术
各种创伤、烧伤、手术、辐射等原因导致的皮肤及软组织损伤是临床具有高危性的常见病、高发病。皮肤作为人体最大的器官，是一个极其敏感的神经依赖性器官。伤口失神经支配将导致皮肤内类神经纤维的降低，挛缩受到限制，创面迁延不愈。但是，在传统治疗下,如创伤敷料与皮肤移植技术，创面愈合后不仅疤痕严重、附属器官不能新生、而且缺乏皮下神经、神经末梢，造成修复障碍，患者常存在感觉迟钝，严重影响了患者的生活
研制能够加速创面愈合，并促进创伤局部神经再生对于实现创伤组织结构和功能上的双重修复有着重要意义。传统制剂，如化学抗菌剂和物理敷料，由于远远不能满足临床治疗需要，已经逐渐成为创伤的辅助治疗产品。而目前临床主要运用的移植皮肤面临资源缺乏、损伤大、易引发免疫排斥反应、细胞移植后成活率下降等问题。经研究发现当创伤敷料中加入一些导电材料可以诱导干细胞向神经细胞分化，使创伤组织在功能和结构上的双重修复。
因此急需一种快捷迅速、操作简单可大量生产并可促进愈合皮肤神经修复的制剂，其作为外用制剂应用后会易剥离，可以减小因换药牵拉对伤口带来的二次伤害。
发明内容
针对上述不足，本发明提供了一种基于3D打印并用于创伤治疗的导电凝胶片层材料制剂及其制备方法，利用该制剂可加速皮肤创伤的愈合，同时可促进神经功能性修复；该方法工艺简单，生产效率高，经济便捷。
本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：一种基于3D打印并用于创伤治疗的导电凝胶片层材料制剂，它包括9*10-5-3*10-4重量份的导电材料、9*10-8-3*10-7重量份的蛋白、0.727-0.749重量份的海藻酸钠水溶液、0.25-0.272重量份的氯化钙水溶液，其中，海藻酸钠水溶液的质量百分比浓度为2％-4％，氯化钙水溶液的质量百分比浓度为2％-4％；所述导电凝胶片层材料制剂呈单层片层结构，由3D打印成中空的导电凝胶管排布而成。
作为优选，所述导电材料由聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺中的一种或多种按任意比混合而成。
作为优选，所述蛋白由SDF-1、P物质、CY16中的一种或多种按任意比混合而成。
作为优选，所述中空的导电凝胶管的外壁直径为0.85-1.2mm,内壁直径为0.65-1.05mm。
作为优选，所述排布为相邻紧贴的螺旋形排布或相邻紧贴的往复徘徊排布。
本发明的另一目的是提供一种基于3D打印并用于创伤治疗的导电凝胶片层材料制剂的制备方法，该方法包括如下步骤：
步骤(1)、将导电材料、蛋白、质量百分比浓度为2％-4％的海藻酸钠水溶液按质量比为9*10-5-3*10-4：9*10-8-3*10-7：0.727-0.749进行混合；
步骤(2)、将步骤(1)制备得到的混合溶液注入到3D打印设备的第一注射器中，将质量百分比浓度为2％-4％的氯化钙水溶液注入到3D打印设备的第二注射器中，第一注射器通过管路与内喷头相连通，第二注射器通过管路与外喷头相连通，外喷头与内喷头同轴嵌套，内喷头的出料端与外喷头的出料端平齐；利用注射泵实现对外喷头和内喷头流量的控制。
步骤(3)、设置内喷头的流速:外喷头的流速为0.727-0.749:0.25-0.272(ml/min)，开始打印出中空的导电凝胶管，根据实际排布需求，由中空的导电凝胶管形成片层材料制剂；选择该技术方案时，材料粘度适合打印，且打印出的片层制剂生物相容性好。一般设置运行参数为35-50mm/min,回转距离为2-4cm,即打印出边长为2-4cm的单层紧密排列的中空凝胶片层结构制剂。
作为优选，所述导电材料由聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺中的一种或多种按任意比混合而成。
作为优选，所述蛋白由SDF-1、P物质、CY16中的一种或多种按任意比混合而成。
作为优选，所述步骤(3)打印得到的中空的导电凝胶管的外壁直径为0.85-1.2mm,内壁直径为0.65-1.05mm。
作为优选，所述步骤(3)中的排布为相邻紧贴的螺旋形排布或相邻紧贴的往复徘徊排布。通过控制中空的导电凝胶管的管与管之间的距离，保证打印出的片层结构是由管子之间紧密接触排列而成，将打印出的中空导电凝胶片层制剂浸泡在氯化钙溶液中，完全反应得到具有一定强度的结构。
本发明的用于创伤治疗的导电凝胶片层制剂采用由生物相容性好的导电材料、蛋白以及凝胶材料制造成的中空凝胶管作为创伤治疗的制剂。利用外层的蛋白溶液吸引干细胞向伤口部位的迁移，导电材料促进干细胞向神经细胞的诱导分化，同时打印出的中空的微流管道实现创伤部位细胞的空气与营养的输送。
本发明基于3D打印并用于创伤治疗的中空导电凝胶片层制剂，与现有技术相比较，具有以下优点：
(1)本发明可以建立具有导电、负载蛋白的外层以及含有空气、水的中空内层这样的中空导电凝胶结构；
(2)本发明利用3D打印技术，可以加速皮肤创伤愈合，诱导干细胞向神经细胞诱导分化的双功能修复的同时，还可以为创伤部位的细胞提供生存所必须的空气和水，生物相容性更好；
(3)本发明利用生物相容性好的凝胶材料作为用于创伤治疗的中空导电凝胶片层制剂的制造，材料获取容易，工艺简单，生产效率高。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步地说明；
图1是通过3d打印出来的实物图；
图2为本发明打印出的用于创伤治疗的中空导电凝胶片层制剂的纵切面扫描电镜图；
图3为本发明所负载的蛋白对干细胞的吸引迁移能力的考察结果；
图4为本发明导电性的考察研究结果；
图5为本发明3D打印的中空导电凝胶的应力-应变曲线图；
图6为本发明在体外诱导干细胞向神经细胞分化的荧光结果图，其中a图为空白对照实验；b图为本发明应用的结果；
图7为本发明在应用皮肤创伤治疗后，创伤的愈合率结果图；
图8为本发明在应用皮肤创伤治疗后，愈合后的皮肤做NF免疫荧光实验，考察神经功能性恢复的结果如图(标尺：100um)；其中a图为空白对照实验；b图为本发明应用的结果。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做进一步的详细说明。
实施例一：
基于3D打印并用于创伤治疗的导电凝胶片层材料制剂的制备方法如下：
(1)称取14.54g的生化级海藻酸钠加入到去离子水中混合得到2％质量浓度的海藻酸钠溶液，再加入9mg的聚吡咯和9ng SDF-1蛋白，充分混合。
(2)称取5.44g的生化级氯化钙粉末加入去离子水中混合得到2％质量浓度的氯化钙溶液。
(3)将步骤(1)中配置好的混合溶液注入到3D打印设备的第一注射器中，第一注射器通过管路与内喷头相连通；
(4)将步骤(2)中配置好的氯化钙溶液注入到3D打印设备的第二注射器中，第二注射器通过管路与外喷头相连通，外喷头与内喷头同轴嵌套；
(5)利用两通道注射泵控制外喷头和内喷头的液体的流动速度，内喷头的流速:外喷头的流速为0.727:0.272。
(6)取内喷头的流速取值在1-4ml/min之间，外喷头和内喷头组成整体的同轴喷头的运行位移参数为35mm/min,同时回转距离为2cm；在此条件下的中空导电凝胶的平均外径为1.2mm，内径为1.05mm,形成边长2cm的单层片层结构，排布为相邻紧贴的螺旋形排布或相邻紧贴的往复徘徊排布，如图1所示。
图2为本实施例所打印的中空的导电凝胶的纵切面的扫描电镜图；图3为本实施例应用在干细胞上与空白凝胶对比，可以看出外层的SDF-1蛋白对干细胞有着很好的吸引迁移能力；图4为本实施例打印后的中空凝胶片层材料的导电性检测结果图，可以发现，在加入了导电材料后，与空白凝胶对比，导电性明显增加；图5为本实施例所打印的中空凝胶片层材料经过力学测试，可以看到有较好的强度；图6为本发明在体外诱导干细胞向神经细胞分化的荧光结果图(黑白图，已标记各部分)，a图为空白对照实验，b图为本实施例所打印的实验结果，该实验用神经细胞特有的神经微管蛋白β-tubulin去标记，从结果中可以看到本发明显著促进干细胞向神经细胞分化；图7为本发明在应用皮肤创伤治疗后，创伤的愈合率结果图，可以看到，在第4天时，空白组的愈合率只有大约7％，而本发明的愈合率达到了20％，在第7、10、14天的时候本发明都相对于空白组来说都促进了伤口的愈合，这也通过在体实验证明了本发明具有促进创伤愈合的效果；图8为本实施例所打印的中空凝胶片层制剂应用大鼠皮肤创伤部位后，愈合后的皮肤做NF免疫荧光检测，通过神经丝的表达来看神经恢复的效果：a图为空白对照实验，b图为本实施例所打印的实验结果，从结果中可以看出，没有应用本实施例的动物皮肤中，神经细胞的恢复很少，而应用本实施例的动物皮肤组织中干细胞在导电材料的作用下诱导分化成了更多的神经细胞。
实施例二：
基于3D打印并用于创伤治疗的导电凝胶片层材料制剂的制备方法如下：
(1)称取2.247g的生化级海藻酸钠加入到去离子水中混合得到3％质量浓度的海藻酸钠溶液，再加入30mg的聚噻吩和30ng的P物质蛋白，充分混合。
(2)称取1g的生化级氯化钙粉末加入去离子水中混合得到4％质量浓度的氯化钙溶液。
(3)将步骤(1)中配置好的混合溶液注入到3D打印设备的第一注射器中，第一注射器通过管路与内喷头相连通；
(4)将步骤(2)中配置好的氯化钙溶液注入到3D打印设备的第二注射器中，第二注射器通过管路与外喷头相连通，外喷头与内喷头同轴嵌套；
(5)利用两通道注射泵控制外喷头和内喷头的液体的流动速度，内喷头的流速:外喷头的流速为0.749:0.25。
(6)取内喷头的流速取值在1-4ml/min之间，外喷头和内喷头组成整体的同轴喷头的运行位移参数为43mm/min,同时回转距离为3cm；在此条件下的中空导电凝胶的平均外径为1mm,内径为0.8mm,形成边长3cm的单层片层结构。
实施例三：
(1)称取2.96g的生化级海藻酸钠加入到去离子水中混合得到4％质量浓度的海藻酸钠溶液，再加入13.5mg的聚苯胺和13.5ng CY16蛋白，充分混合。
(2)称取1.04g的生化级氯化钙粉末加入去离子水中混合得到4％质量浓度的氯化钙溶液。
(3)将步骤(1)中配置好的混合溶液注入到3D打印设备的第一注射器中，第一注射器通过管路与内喷头相连通；
(4)将步骤(2)中配置好的氯化钙溶液注入到3D打印设备的第二注射器中，第二注射器通过管路与外喷头相连通，外喷头与内喷头同轴嵌套；
(5)利用两通道注射泵控制外喷头和内喷头的液体的流动速度，内喷头的流速:外喷头的流速为0.74:0.26。
(6)取内喷头的流速取值在1-4ml/min之间，外喷头和内喷头组成整体的同轴喷头的运行位移参数为50mm/min,同时回转距离为4cm；在此条件下的中空导电凝胶的平均外径为0.85mm,内径为0.65mm,形成边长4cm的单层片层结构。

Claims (10)

1.一种基于3D打印并用于创伤治疗的导电凝胶片层材料制剂，其特征在于，它包括9*10-5-3*10-4重量份的导电材料、9*10-8-3*10-7重量份的蛋白、0.727-0.749重量份的海藻酸钠水溶液、0.25-0.272重量份的氯化钙水溶液，其中，海藻酸钠水溶液的质量百分比浓度为2％-4％，氯化钙水溶液的质量百分比浓度为2％-4％；所述导电凝胶片层材料制剂呈单层片层结构，由3D打印成中空的导电凝胶管排布而成。
2.如权利要求1所述的基于3D打印并用于创伤治疗的导电凝胶片层材料制剂，其特征在于，所述导电材料由聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺中的一种或多种按任意比混合而成。
3.如权利要求1所述的基于3D打印并用于创伤治疗的导电凝胶片层材料制剂，其特征在于，所述蛋白由SDF-1、P物质、CY16中的一种或多种按任意比混合而成。
4.如权利要求1所述的基于3D打印并用于创伤治疗的导电凝胶片层材料制剂，其特征在于，所述中空的导电凝胶管的外壁直径为0.85-1.2mm,内壁直径为0.65-1.05mm。
5.如权利要求1所述的基于3D打印并用于创伤治疗的导电凝胶片层材料制剂，其特征在于，所述排布为相邻紧贴的螺旋形排布或相邻紧贴的往复徘徊排布。
6.如权利要求1所述的基于3D打印并用于创伤治疗的导电凝胶片层材料制剂的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
步骤(1)、将导电材料、蛋白、质量百分比浓度为2％-4％的海藻酸钠水溶液按质量比为9*10-5-3*10-4：9*10-8-3*10-7：0.727-0.749进行混合；
步骤(2)、将步骤(1)制备得到的混合溶液注入到3D打印设备的第一注射器中，将质量百分比浓度为2％-4％的氯化钙水溶液注入到3D打印设备的第二注射器中，第一注射器通过管路与内喷头相连通，第二注射器通过管路与外喷头相连通，外喷头与内喷头同轴嵌套。
步骤(3)、设置内喷头的流速:外喷头的流速为0.727-0.749:0.25-0.272(ml/min)，开始打印出中空的导电凝胶管，根据实际排布需求，由中空的导电凝胶管形成片层材料制剂。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述导电材料由聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺中的一种或多种按任意比混合而成。
8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述蛋白由SDF-1、P物质、CY16中的一种或多种按任意比混合而成。
9.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)打印得到的中空的导电凝胶管的外壁直径为0.85-1.2mm,内壁直径为0.65-1.05mm。
10.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中的排布为相邻紧贴的往复徘徊排布。
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