CN110859994B - 一种改性柞蚕丝素蛋白3d打印支架及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种改性柞蚕丝素蛋白3D打印支架及其制备方法，采用经化学修饰的柞蚕丝素蛋白纳米微纤维制得的核部分打印墨水和经化学修饰的柞蚕丝素蛋白纳米微纤维/明胶复合体系制得的壳部分打印墨水进行3D打印制备改性柞蚕丝素蛋白3D打印支架；其中，改性柞蚕丝素蛋白3D打印支架经质量浓度为0.1～5wt％的京尼平浸泡交联反应24h后的压缩模量为100～600MPa，培养10天后诱导多能干细胞的存活率和增殖率较高；最终制得的改性柞蚕丝素蛋白3D打印支架，由具有核壳结构的打印线条构成。本发明的制备方法相对简单，制备得到的3D打印支架具有优异的力学性能、优良的生物相容性以及良好的组织修复能力。

Description

一种改性柞蚕丝素蛋白3D打印支架及其制备方法
技术领域
本发明属于生物3D打印技术领域，涉及一种改性柞蚕丝素蛋白3D打印支架及其制备方法。
背景技术
创伤、肿瘤以及老龄化等原因造成的组织、器官缺损和功能障碍是危害人类健康的重要因素，而缺损组织、器官的修复和功能重建是目前国际面临的难题。大面积的缺损通常都需要采用自体或异体组织、器官移植进行修复，自体移植存在着“以创伤修复创伤”的问题，而对于异体移植治疗，也存在着供体来源不足、免疫排斥等主要缺点。组织工程学(tissue engineering)的提出、建立和发展，为解决该类组织、器官缺损和功能障碍的难题提供了新的途径。从上世纪80年代初提出将细胞植入可降解生物材料上以构建组织的设想，到近年来应用组织工程技术修复临床缺损的成功，组织工程技术已被证实是解决组织创伤修复、功能重建的有效途径之一。
近年来，生物三维(3D)打印技术的兴起在人体组织或器官的再生重建方面备受关注。生物3D打印技术是通过CAD技术模拟人体不同的组织器官并由计算机控制以生物材料、种子细胞及其他一些生物试剂为墨水来打印进行人体组织和器官重建。通过生物3D打印出的支架结构不仅具有准确性、特异性，而且能够维持细胞活力，从而满足人体各类复杂组织器官的重建需求，所以，生物3D打印必将引起生物医学领域的技术革命。然而，生物3D打印技术面临的主要挑战之一在于所用生物墨水的选择。传统的用于3D打印的材料主要是一些合成高聚物如聚乙二醇PEG、聚己内酯PCL、聚乙醇酸PGA、聚乙烯醇PVA、聚乳酸PLA等，这一类材料具有易于成型、分辨率高的优点，但也存在加工温度较高、细胞相容性差的不足，且使用这些材料所制备的支架在制备过程中一般会引入一些有毒的物质，若不能很好地将这些有毒的物质除去，则会对支架的生物相容性造成负面影响。
相比于以上合成材料，丝素蛋白是一种具有较好生物相容性的天然高分子材料，目前已有许多人对其在生物材料中的应用展开了研究，也有人将其运用于3D打印领域，制备出了生物支架材料。
专利CN108085760A公开了一种纸团状石墨烯改性的光固化蚕丝蛋白三维打印材料及其制备方法，其中包含用于3D打印的墨水，所述墨水包括氧化石墨烯溶液和家蚕丝素蛋白溶液；专利CN107744601A公开了一种基于蚕丝微球生物墨水的三维打印伤口包覆材料及其制备方法，其中包含用于3D打印的墨水，所述墨水包括家蚕蚕丝蛋白溶液和阿司匹林；专利CN105031728A公开了一种低温快速成型三维打印胶原丝素蛋白材料，其中包含用于3D打印的丝素蛋白墨水，所述墨水包括家蚕丝素蛋白、胶原蛋白、甘油和相容剂；专利CN105903071A公开了一种角膜支架材料及其制备方法和角膜支架的3D打印方法，其中包含用于3D打印的丝素蛋白墨水，所述墨水包括家蚕丝素蛋白、胶原蛋白、氧化石墨烯和交联剂；专利CN104958785A公开了一种具有二级三维结构的复合骨修复材料及其制备方法，其中包含用于3D打印的丝素蛋白墨水，所述墨水包括家蚕丝素蛋白、羟基磷灰石和胶原蛋白，使用该专利所述方法制出的3D组织工程支架弹性模量在290～430kPa范围内。
文献“3D printing of silk particle-reinforced chitosan hydrogelstructures and their properties”中使用了家蚕丝素蛋白(BSF)、壳聚糖和水制成的复合生物3D打印墨水进行打印，得到的支架压缩模量最大可达到5KPa；文献“Structurallyand functionally optimized silk-fibroin–gelatin scaffold using 3D printing torepair cartilage injury in vitro and in vivo”使用了家蚕丝素蛋白(BSF)、明胶和水制成的复合生物3D打印墨水进行打印，得到的支架弹性模量最大可达到15kPa；文献“Precisely printable and biocompatible silk fibroin bioink for digital lightprocessing 3D printing”使用了经甲基丙烯酸缩水甘油酯修饰的家蚕丝素蛋白(BSF)生物3D打印墨水进行打印，得到的支架弹性模量最大可达到120KPa。
以上几项研究将3D打印技术均运用到了丝素蛋白领域，但上述研究均只研究了家蚕丝素蛋白的3D打印。而中国特有的柞蚕丝素蛋白分子链中具有家蚕丝素蛋白分子链中所不具有的由精氨酸、甘氨酸、天冬氨酸首尾相连而成的RGD三肽链段，该链段已被证明具有较高的细胞粘附性，所以相比于家蚕丝素蛋白，柞蚕丝素蛋白有望具有更佳的生物相容性。此外，柞蚕丝素蛋白分子链中含有大量丙氨酸链段(AAAAAAAAA…)，其相比于家蚕丝素蛋白中所大量含有的甘氨酸-丙氨酸-丝氨酸交替链段(GAGAGASGAGAGAS…)具有更高的规整性，可以赋予打印支架更优异的力学性能。因此，相比于家蚕丝素蛋白，柞蚕丝素蛋白在3D打印领域中的应用更具潜力。
为此，专利CN106267370A公开了丝素蛋白/纤维素3D打印墨水，所述墨水包括水溶性丝素蛋白、非水溶性纤维素微/纳米材料、无毒性多元醇和水，使用该墨水打印出的3D支架压缩模量在10～50MPa范围内。该专利所公开的内容中包含了基于柞蚕丝素蛋白水溶液的3D打印墨水的相关内容，但相关研究人员发现，柞蚕丝素蛋白更易在分子链间氢键作用下形成反向平行锯齿状结构，对温度、外力作用也更为敏感，柞蚕丝素蛋白溶液极容易在温度、外力作用影响下发生构象转变，形成不溶于水的固体，从而影响整个制备过程。
不仅如此，柞蚕丝素蛋白分子链中大量的丙氨酸疏水链段(AAAAAAAAA…)，还会使打印得到的支架具有较低的亲水性，从而对其生物相容性造成不良影响。
为解决上述打印得到的支架的亲水性低的问题，设想若是可以对柞蚕丝素蛋白分子链进行一定的化学改性，在分子链上引入一定的亲水基团，则有望改善材料的生物相容性。
此外，若一支架具有较优异的组织修复能力，则其必须对细胞尤其是干细胞具有较为优良的粘附和增殖能力，而目前在可用于组织工程尤其是心脏组织工程的诸多种干细胞中，效果最佳的为诱导多能干细胞(iPSCs)。目前已有许多人将该细胞用于3D打印领域，制出了具有组织修复能力的3D支架。
文献“3D Bioprinting Human Induced Pluripotent Stem Cell-DerivedNeural Tissues Using a Novel Lab-on-a-Printer Technology”将iPSCs装载于由纤维原蛋白、海藻酸钠、京尼平溶于水制成的生物复合3D打印墨水中进行了打印，打印后第7天iPSCs的存活率最大可以达到95％左右；文献“3D printing human induced pluripotentstem cells with novel hydroxypropyl chitin bioink:scalable expansion anduniform aggregation”将iPSCs装载在基于羟丙基甲壳素的生物3D打印墨水中进行了3D打印，发现在打印后一天内iPSCs的存活率最大可以达到95％左右，打印后10天内iPSCs的存活率均能达到90％左右，细胞增殖率为3000％～4000％；文献“Laser bioprinting ofhuman induced pluripotent stem cells—the effect of printing and biomaterialson cell survival,pluripotency,and differentiation”将iPSCs装载于不同的培养基中进行了3D打印，发现在打印后3h内iPSCs的存活率最大可以达到90％左右，打印后4天细胞增殖率可达到429％左右；文献“A simple and efficient feeder-free culture systemto up-scale iPSCs on polymeric material surface for use in 3D bioprinting”制出了基于壳聚糖、家蚕丝素蛋白和聚氨酯的多种生物3D打印墨水，并以这些墨水为基底培养了iPSCs，结果发现，培养3天后iPSCs的增殖率最大可达300％左右。
上述几项研究均将iPSCs运用于了3D打印领域，但没有研究3D打印支架的力学性能，对于某些需要较为剧烈机械运动的组织(如心脏)来说，支架的力学性能显得尤为重要。且针对于不同的组织部位及不同程度的组织损伤，组织工程支架材料需具备与之匹配的修复速度，而目前的生物材料3D打印支架的制备方法很难同时兼顾支架对受伤组织的修复速度及支架的其他性能。
基于以上背景，研究一种能够同时兼顾支架对受伤组织的修复速度和支架的力学性能、生物相容性以及对细胞的粘附和增殖能力并具有可控细胞生长、增殖速度功能的改性柞蚕丝素蛋白3D打印支架及其制备方法具有十分重要的意义。若能将经化学修饰的柞蚕丝素蛋白制成纳米纤维，则在墨水的制备过程中构象可以保持稳定，使制备过程更加易于操控，且支架的力学性能、生物相容性和组织修复能力可以通过调节柞蚕丝素蛋白纳米纤维的含量以及制备工艺进行调节，有望得到力学性能及组织修复能力较为优异的组织工程支架。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中存在的无法同时兼顾支架的力学性能和生物相容性以及对细胞的粘附和增殖能力的缺陷，提供一种改性柞蚕丝素蛋白3D打印支架及其制备方法。使用该方法制出的支架不仅具有优异的的力学性能以及对细胞的粘附和增殖能力，而且具有良好的生物相容性。此外还具有可控细胞生长、增殖速度功能。
为达到上述目的，本发明的技术方案为：
一种改性柞蚕丝素蛋白3D打印支架的制备方法，由经化学修饰的柞蚕丝素蛋白纳米微纤维制得的核部分打印墨水和经化学修饰的柞蚕丝素蛋白纳米微纤维/明胶复合体系制得的壳部分打印墨水进行3D打印制得改性柞蚕丝素蛋白3D打印支架；
化学修饰的柞蚕丝素蛋白纳米微纤维是将柞蚕丝素蛋白纳米微纤维/硼酸缓冲液混合体系与化学修饰剂混合后经过一系列反应和操作得到的，可以通过调节柞蚕丝素蛋白与化学修饰剂的反应时间来调控细胞在该支架上的吸附、增殖速度，增殖速率越快，修复速率越快，从而适应不同程度组织损伤对修复速度的需求；对柞蚕丝素蛋白分子链修饰反应时间以及接上的亲水基团不同，会使得支架具有不同的细胞相容性，会使细胞在支架上的增殖速率不同，从而得到具有可控修复速度的支架；
本发明的3D打印方法是通过计算机绘制三维模型，并获取三维模型中各层截面的轮廓数据和填充数据，选取高分子材料制作多份不同的3D打印材料，通过指定尺寸规格的打印喷嘴挤出线条沿不同方向沉积在工作平台上的指定区域中，通过降温使得挤出线条固化成形，实现单层截面结构的制作，按不同方向重复单层截面结构层层堆积的制作完成整个三维模型的3D打印；
其中，核部分打印墨水和壳部分打印墨水从同轴喷嘴装置挤出形成具有核壳结构的打印线条，对于核壳结构打印，如果不同轴，会使得到的支架不均匀，从而会影响其力学性能；
核部分打印墨水中经化学修饰的柞蚕丝素蛋白纳米微纤维的质量含量大于等于6wt％，否则会坍塌；壳部分打印墨水中经化学修饰的柞蚕丝素蛋白纳米微纤维的质量含量小于等于6wt％，且还含有明胶，柞蚕丝素蛋白纳米微纤维浓度必须在6wt％以内，否则会因其流动性太差，无法与明胶混合均匀；
核部分打印墨水中经化学修饰的柞蚕丝素蛋白纳米微纤维的质量含量大于等于6wt％，否则会坍塌，这是因为其主要成分是柞蚕丝素蛋白纳米微纤维，柞蚕丝素蛋白纳米微纤维不是以分子状态存在的，相互之间作用力很弱，因此容易散架；所以为了防止其散架，必须在外面包上一层主要成分以分子状态存在、且分子间作用力较强的壳墨水，所以在壳部分打印墨水中使用了以明胶成分为主的柞蚕丝素蛋白纳米微纤维/明胶复合体系；
经化学修饰的柞蚕丝素蛋白纳米微纤维为接枝亲水基团的柞蚕丝素蛋白纳米微纤维，其中，化学修饰的目的在于引入亲水基团，提高支架的亲水性，由于细胞均生长在以水为主体的环境中，因此在柞蚕丝素蛋白纳米微纤维的分子链中引入亲水基团后，会提高其细胞粘附及增殖能力，进而能够提高支架的生物相容性；
现有技术中，将诱导多能干细胞(iPSCs)培养于3D打印组织工程支架上时，培养十天后细胞存活率最高可以达到90％左右，细胞增殖率最高可达3000％～4000％。而在本发明的改性柞蚕丝素蛋白纳米微纤维/明胶复合3D打印支架上接种并培养10天后诱导多能干细胞(iPSCs)的存活率为92.0％～99.0％，增殖率为9000％～25000％，与现有技术相比，使用本发明的3D打印墨水打印后iPSCs的存活率和增殖率均明显提高，取得了意料不到的技术效果。
此外，现有技术中，基于家蚕丝素蛋白的3D打印墨水进行打印，得到的支架压缩模量最大可达到5kPa；基于柞蚕丝素蛋白水溶液的3D打印墨水打印出的3D支架，压缩模量在10～50MPa范围内；而本发明打印出来的改性柞蚕丝素蛋白3D支架经质量浓度为0.1～5wt％的京尼平浸泡交联反应24h后的压缩模量为100～600MPa远远超出现有技术中基于家蚕丝素蛋白的3D打印墨水以及基于柞蚕丝素蛋白水溶液的3D打印墨水打印出的3D支架的压缩模量，同样取得了意料不到的技术效果。
作为优选的方案：
如上所述的一种改性柞蚕丝素蛋白3D打印支架的制备方法，核部分打印墨水的挤出胀大率为0.10～1.00％，动态粘度为300～500cP；壳部分打印墨水的自凝胶化时间为10～60s，挤出胀大率为1～30％，动态粘度为1000～5000cP。
如上所述的一种改性柞蚕丝素蛋白3D打印支架的制备方法，壳部分打印墨水的制备过程为：首先将经化学修饰的柞蚕丝素蛋白纳米微纤维、细胞生长因子以及抗生素加入水中，机械搅拌1～3h，然后与明胶混合，静置1～3h后，于35～45℃的温度条件下机械搅拌1～5h，最后超声处理1～60min；
壳部分打印墨水中各组分的质量含量为：经化学修饰的柞蚕丝素蛋白纳米微纤维1～6wt％，明胶14～20wt％，细胞生长因子0.1～1.0wt％，抗生素0.1～1.0wt％，余量为水；
核部分打印墨水的制备过程为：将经化学修饰的柞蚕丝素蛋白纳米微纤维、细胞生长因子以及抗生素加入水中，于1～45℃的温度条件下机械搅拌1～3h；
核部分打印墨水中各组分的质量含量为：经化学修饰的柞蚕丝素蛋白纳米微纤维6～20wt％，细胞生长因子0.1～1.0wt％，抗生素0.1～1.0wt％，余量为水。
由于本发明的支架需要用于体内组织工程，必须做到无毒性，所以壳部分打印墨水和核部分打印墨水中的分散介质采用水，当然也可以采用其他无毒性的溶剂；壳部分打印墨水和核部分打印墨水中，细胞生长因子的作用是提高材料的细胞生长及增殖能力；抗生素的作用是促进iPSCs细胞对于心肌蛋白的表达，促进iPSCs细胞向心肌细胞的转化。
如上所述的一种改性柞蚕丝素蛋白3D打印支架的制备方法，所有的细胞生长因子都为成纤维细胞生长因子2；所有的抗生素都为四环素；
所有的细胞生长因子不仅仅局限于成纤维细胞生长因子2，也可以为其他的物质，如骨形态发生蛋白4等；所有的抗生素不仅仅局限于四环素，也可以为其他物质，如强力霉素等，上述所采用的细胞生长因子和抗生素可以达到提高细胞增殖率、存活率以及向心肌细胞转化的效果，但本专利发明支架所用墨水中可以添加的细胞生长因子和抗生素不仅仅局限于上述两种，在不脱离本发明技术原理的前提下，添加其他细胞生长因子(如骨形态发生蛋白4等)和抗生素(如强力霉素等)也应当视为在本发明的保护范围内。
如上所述的一种改性柞蚕丝素蛋白3D打印支架的制备方法，所有的经化学修饰的柞蚕丝素蛋白纳米微纤维的制备步骤如下：
(1)制备柞蚕丝素蛋白浆粕；
(2)制备化学修饰剂和柞蚕丝素蛋白纳米微纤维/硼酸缓冲液混合体系；
(2.a)化学修饰剂的制备过程为：将浓度为1mM～1M(M＝mol/L)的对苯胺基类有机物乙腈溶液、浓度为1mM～2M的对甲基苯磺酸水溶液以及浓度为1.0mM～1.0M的亚硝酸钠水溶液按1:0.5～4:0.5～2的体积比，在1～4℃的温度条件下经漩涡混合5s后，在同样的温度条件下机械搅拌反应5～30min得到化学修饰剂；所述漩涡混合是指将待混合液体装入试管或小烧瓶中，放在常用的漩涡混合器上震荡；
(2.b)柞蚕丝素蛋白纳米微纤维/硼酸缓冲液混合体系的制备步骤如下：
(2.b.1)按1g:50～200mL的质量体积比将柞蚕丝素蛋白浆粕浸入水中，机械搅拌使其分散均匀；
(2.b.2)按柞蚕丝素蛋白浆粕:NaClO＝1g:0.001～0.050mol的质量摩尔比在柞蚕丝素蛋白浆粕的水分散体系中加入质量浓度为5～35wt％的NaClO水溶液，在1～60℃的温度条件下机械搅拌，在此过程中，通过持续加入0.5～5.0M的NaOH水溶液使得体系pH值维持在10.0～10.1之间，直至当不加入NaOH水溶液时，体系pH值也可维持在10.0～10.1之间；
(2.b.3)将体系转移至截留分子量为14000Da的纤维素透析袋中，在去离子水中透析1～3天后，继续在硼酸缓冲液中透析1天，然后经浓缩得到柞蚕丝素蛋白纳米微纤维浓度为1～20wt％的柞蚕丝素蛋白纳米微纤维/硼酸缓冲液混合体系，其中硼酸缓冲液主要由硼酸、氯化钠和水组成，硼酸和氯化钠的浓度分别为100mM和150mM；
(3)化学修饰；
先将浓度为1～20wt％的柞蚕丝素蛋白纳米微纤维/硼酸缓冲液混合体系与化学修饰剂按1:0.1～2的体积比混合，在冰水浴中机械搅拌反应1～5天，再使用去离子水透析1～3天，提纯并冷冻干燥得到长径比为100～200且直径为10～200nm的经化学修饰的柞蚕丝素蛋白纳米微纤维。
如上所述的一种改性柞蚕丝素蛋白3D打印支架的制备方法，柞蚕丝素蛋白浆粕的制备过程如下：
(1.1)按1g:50～100mL的质量体积比将柞蚕茧浸入质量浓度为0.05～5.00wt％的Na2CO3水溶液中，煮沸1～5次，每次30～60min，之后将煮过的柞蚕茧用水洗涤并干燥，得到脱胶柞蚕丝纤维；
(1.2)将干燥后的脱胶柞蚕丝纤维按1g:15～25mL的质量体积比浸入质量浓度为60～100wt％的甲酸水溶液中1～3h；
(1.3)在10～60℃的温度条件下匀浆处理1～5min进行粉碎，匀浆速率为5000～15000rpm；
(1.4)重复步骤(1.2)和步骤(1.3)1～5次得到柞蚕丝素蛋白浆液；
(1.5)将柞蚕丝素蛋白浆液进行离心、过滤、洗涤和干燥得到柞蚕丝素蛋白浆粕。
如上所述的一种改性柞蚕丝素蛋白3D打印支架的制备方法，对苯胺基类有机物为对氨基苯甲酸、4-(2-乙氨基)苯胺、对氨基苯乙酮或对氨基苯庚醚。
如上所述的一种改性柞蚕丝素蛋白3D打印支架的制备方法，具有核壳结构的打印线条的核部分和壳部分的直径分别为50～500μm和100～1000μm，且壳部分直径大于核部分直径；打印时，将具有核壳结构的打印线条以层层堆积的方式沉积在玻璃片上；打印的工艺参数为：料筒及针头温度25～37℃，挤出气压10～500KPa，打印速度1～10mm/s，由具有核壳结构的打印线条构成的相邻两打印层间的夹角30～90°，线条间距20～2000μm，沉积层数2～10。
通过上述打印工艺条件制得的支架具有相对较为优异的力学性能和生物相容性，但本专利发明支架的打印条件不仅仅局限于上述范围之内，在不脱离本发明技术原理的前提下，对于打印工艺条件基本参数以及打印支架形状的改变也应当视为在本发明的保护范围内。
采用如上任一项所述的一种改性柞蚕丝素蛋白3D打印支架的制备方法制得的改性柞蚕丝素蛋白3D打印支架，由具有核壳结构的打印线条构成，具有核壳结构的打印线条的核部分主要由经化学修饰的柞蚕丝素蛋白纳米微纤维组成，壳部分主要由经化学修饰的柞蚕丝素蛋白纳米微纤维和明胶组成。
作为优选的方案：
如上所述的改性柞蚕丝素蛋白3D打印支架，其分辨率为0.5～10.0μm。一般高分子材料墨水3D打印过程中都会出现挤出胀大和挤出破裂的现象，针头越细，越容易出现这种现象，分辨率指的是通过该墨水打印可以得到均匀稳定线条的最小直径，也就是说，分辨率值越小，可以得到越细的稳定线条，越不容易出现挤出胀大和挤出破裂现象，打印精度就越高，现有技术制备得到的3D打印支架的分辨率一般为30μm左右，而本发明最终制备得到的改性柞蚕丝素蛋白3D打印支架的分辨率为0.50～10.0μm，证明本发明制备得到的3D打印支架具有更高的打印精度。
有益效果：
(1)本发明的一种改性柞蚕丝素蛋白3D打印支架，其中含有的柞蚕丝素蛋白纳米微纤维可以使支架具有优异的力学性能，该支架的压缩模量相比于目前存在的使用含有丝素蛋白墨水3D打印出的支架可以提高5倍以上；
(2)本发明的一种改性柞蚕丝素蛋白3D打印支架，其所用墨水中的柞蚕丝素蛋白来自柞蚕茧，柞蚕丝素蛋白中含有RGD链段，该链段具有较好的细胞吸附及增殖能力；将柞蚕丝素蛋白经化学修饰后，具有了更好的表面亲水性。由于细胞一般是生长在以水为主体的环境中，将iPSCs接种在本发明的支架上培养10天后，其存活率及增殖能力相比于目前存在的使用含有家蚕丝素蛋白墨水3D打印出的支架均得到提高，可见本发明的支架具有优异的组织修复能力；
(3)本发明的一种改性柞蚕丝素蛋白3D打印支架的制备方法，在经化学修饰的柞蚕丝素蛋白纳米微纤维的制备过程中，NaClO会使柞蚕丝素蛋白分子链发生氧化反应，该氧化反应主要位于分子链中的丝氨酸上；而对柞蚕丝素蛋白分子链的化学修饰反应主要位于分子链中的酪氨酸上，这两个反应均不会对柞蚕丝素蛋白分子链中具有良好细胞相容性的RGD链段造成影响；
(4)本发明的一种改性柞蚕丝素蛋白3D打印支架的制备方法，其所用墨水各成分均以水作为分散剂，因而都具有优异的生物相容性，可与细胞良好地复合并进行3D打印；
(5)本发明的一种改性柞蚕丝素蛋白3D打印支架，打印墨水中所包含的柞蚕丝素蛋白是以纳米微纤维形式存在的，其构象在较宽广的环境条件下可以保持稳定，因此在制备过程中能避免因温度及外力等条件的波动对墨水稳定性产生的不利影响；
(6)本发明的一种改性柞蚕丝素蛋白3D打印支架，可以通过调节柞蚕丝素蛋白与化学修饰剂的反应时间来调控细胞在该支架上的吸附、增殖速度，从而适应不同程度组织损伤对修复速度的需求；
(7)本发明的一种改性柞蚕丝素蛋白3D打印支架，打印墨水打印过程是在室温到生理温度条件下进行的，因而有利于加载各类生物因子及包埋细胞实现活性打印。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
一种改性柞蚕丝素蛋白3D打印支架的制备方法，主要步骤如下：
(1)制备柞蚕丝素蛋白浆粕：
(1.1)按1g:50mL的质量体积比将柞蚕茧浸入质量浓度为0.50wt％的Na2CO3水溶液中，煮沸3次，每次45min，之后将煮过的柞蚕茧用水洗涤并干燥，得到脱胶柞蚕丝纤维；
(1.2)将脱胶柞蚕丝纤维按1g:20mL的质量体积比浸入质量浓度为90wt％的甲酸水溶液中2h；
(1.3)在25℃的温度条件下匀浆处理2min进行粉碎，匀浆速率为10000rpm；
(1.4)重复步骤(1.2)和步骤(1.3)3次得到柞蚕丝素蛋白浆液；
(1.5)将柞蚕丝素蛋白浆液进行离心、过滤、洗涤和干燥得到柞蚕丝素蛋白浆粕；
(2)制备对氨基苯甲酸修饰剂：将浓度为0.2M的对氨基苯甲酸乙腈溶液、浓度为1.6M的对甲基苯磺酸水溶液以及浓度为0.8M的亚硝酸钠水溶液按1:0.5:0.5的体积比在2℃的温度条件下经漩涡混合5s后，在同样的的温度条件下机械搅拌反应15min得到对氨基苯甲酸修饰剂；
(3)制备柞蚕丝素蛋白纳米微纤维/硼酸缓冲液混合体系：
(3.1)按1g:100mL的质量体积比将柞蚕丝素蛋白浆粕浸入水中，机械搅拌使其分散均匀；
(3.2)按柞蚕丝素蛋白浆粕:NaClO＝1g:0.015mol的质量摩尔比在柞蚕丝素蛋白浆粕的水分散体系中加入质量浓度为25wt％的NaClO水溶液，在25℃的温度条件下机械搅拌，在此过程中，通过持续加入1.0M的NaOH水溶液使得体系pH值维持在10.0～10.1之间，直至当不加入NaOH水溶液时，体系pH值也可维持在10.0～10.1之间；
(3.3)将体系转移至截留分子量为14000Da的纤维素透析袋中，在去离子水中透析2天后，继续在硼酸缓冲液中透析1天后，再经浓缩得到柞蚕丝素蛋白纳米微纤维浓度为10wt％的柞蚕丝素蛋白纳米微纤维/硼酸缓冲液混合体系，其中硼酸缓冲液主要由硼酸、氯化钠和水组成，硼酸和氯化钠的浓度分别为100mM和150mM；
(4)制备经对氨基苯甲酸修饰的柞蚕丝素蛋白纳米微纤维：先将浓度为10wt％的柞蚕丝素蛋白纳米微纤维/硼酸缓冲液混合体系与对氨基苯甲酸修饰剂按1:0.25的体积比混合，在冰水浴中机械搅拌反应2天，再使用去离子水透析2天提纯并冷冻干燥得到长径比平均为150且平均直径为80nm的经对氨基苯甲酸修饰的柞蚕丝素蛋白纳米微纤维；
(5)制备核部分打印墨水：将经对氨基苯甲酸修饰的柞蚕丝素蛋白纳米微纤维、成纤维细胞生长因子2以及四环素加入水中，于20℃的温度条件下机械搅拌3h制得核部分打印墨水，其中，核部分打印墨水中各组分的质量含量是：经对氨基苯甲酸修饰的柞蚕丝素蛋白纳米微纤维为14wt％，成纤维细胞生长因子2为0.1wt％，四环素为0.4wt％，余量为水；核部分打印墨水挤出胀大率为0.50％，动态粘度为420cP；
(6)制备壳部分打印墨水：首先将经对氨基苯甲酸修饰的柞蚕丝素蛋白纳米微纤维、成纤维细胞生长因子2以及四环素加入水中，机械搅拌3h，然后与明胶混合，静置2h后，于40℃的温度条件下机械搅拌2h，最后超声处理10min制得壳部分打印墨水；其中，壳部分打印墨水中各组分的质量含量是：经对氨基苯甲酸修饰的柞蚕丝素蛋白纳米微纤维5wt％，明胶15wt％，成纤维细胞生长因子2为0.1wt％，四环素为0.4wt％，余量为水；壳部分打印墨水的自凝胶化时间为38s，挤出胀大率为10％，动态粘度为3700cP；
(7)先将上述制得核部分打印墨水和壳部分打印墨水从同轴喷嘴装置挤出形成具有核壳结构的打印线条，其中具有核壳结构的打印线条的核部分和壳部分的直径分别为200μm和400μm，再进行3D打印制得改性柞蚕丝素蛋白3D打印支架；打印时，将具有核壳结构的打印线条以层层堆积的方式沉积在玻璃片上；打印的工艺参数为：料筒及针头温度30℃，挤出气压160KPa，打印速度8mm/s，由具有核壳结构的打印线条构成的相邻两打印层间的夹角90°，线条间距400μm，沉积4层。
最终制得的改性柞蚕丝素蛋白3D打印支架的分辨率为4.6μm；改性柞蚕丝素蛋白3D打印支架经质量浓度为0.5wt％的京尼平浸泡交联反应24h后的压缩模量为336MPa；
若将1mL含有10000个二代iPSCs的胎牛血清培养液接种于直径为15mm的按照如上述方法打印并交联的支架上，并在37.0℃、5.0％CO2条件下培养1、3、4、7、10天后，使用台盼蓝染色法，测得细胞存活率分别为99.1％、98.1％、97.7％、95.9％、93.0％，使用细胞计数法，测得细胞增殖率分别为183％、622％、1269％、7678％、17478％。
对比例1
一种改性柞蚕丝素蛋白3D打印支架的制备方法，其步骤与实施例1基本相同，不同之处在于未经对氨基苯甲酸修饰剂进行修饰，
最终制得的改性柞蚕丝素蛋白纳米微纤维长径比为50，平均直径为400nm。
核部分打印墨水挤出胀大率为4.00％，动态粘度为100cP。
壳部分打印墨水自凝胶化时间为60s，挤出胀大率为40％，动态粘度为600cP。
最终制得的改性柞蚕丝素蛋白3D打印支架的分辨率为30μm；改性柞蚕丝素蛋白3D打印支架经质量浓度为0.5wt％的京尼平浸泡交联反应24h后的压缩模量为80MPa；
若将1mL含有10000个二代iPSCs的胎牛血清培养液接种于直径为15mm的按照如上述方法打印并交联的支架上，并在37.0℃、5.0％CO2条件下培养1、3、4、7、10天后，使用台盼蓝染色法，测得细胞存活率分别为98.6％、97.6％、97.2％、95.4％、91.5％，使用细胞计数法，测得细胞增殖率分别为125％、256％、468％、1789％、4958％。
将实施例1与对比例1进行对比可以看出，实施例1的改性柞蚕丝素蛋白3D打印支架上的细胞在1、3、4、7、10天后存活率及增殖能力均高于对比例1，且力学性能相对于对比例1来说也得到了提高，这是因为柞蚕丝素蛋白经过化学修饰后，其亲水性和分子链间作用大大提高，随着支架亲水性的提高，其细胞相容性也会得到相应的提高，随着支架分子链间作用提高，其抵抗外界作用力的能力也会得到相应提高，因此，本发明得到的这种改性柞蚕丝素蛋白3D打印支架相比于基于未改性柞蚕丝素蛋白的3D打印支架，其细胞相容性和力学性能可以得到进一步的提高。
实施例2
一种改性柞蚕丝素蛋白3D打印支架的制备方法，其步骤与实施例1基本相同，不同之处在于用对氨基苯乙酮修饰剂替换对氨基苯甲酸修饰剂。
最终制得的改性柞蚕丝素蛋白纳米微纤维长径比为146，平均直径为86nm。
核部分打印墨水挤出胀大率为0.52％，动态粘度为390cP。
壳部分打印墨水自凝胶化时间为39s，挤出胀大率为12％，动态粘度为3500cP。
最终制得的改性柞蚕丝素蛋白3D打印支架的分辨率为5.6μm，经0.5wt％的京尼平水溶液浸泡交联反应24h后压缩模量为319MPa；
若将1mL含有10000个二代iPSCs的胎牛血清培养液接种于直径为15mm的按照如上述方法打印并交联的支架上，并在37.0℃、5.0％CO2条件下培养1、3、4、7、10天后，使用台盼蓝染色法，测得细胞存活率分别为98.9％、97.9％、97.5％、95.7％、92.8％，使用细胞计数法，测得细胞增殖率分别为175％、536％、1045％、5704％、14484％。
实施例3
一种改性柞蚕丝素蛋白3D打印支架的制备方法，其步骤与实施例2基本相同，不同之处在于用4-(2-乙氨基)苯胺修饰剂替换对氨基苯乙酮修饰剂。
最终制得的改性柞蚕丝素蛋白纳米微纤维长径比为111，平均直径为126nm。
核部分打印墨水挤出胀大率为0.62％，动态粘度为350cP。
壳部分打印墨水自凝胶化时间为42s，挤出胀大率为16％，动态粘度为2900cP。
最终制得的改性柞蚕丝素蛋白3D打印支架的分辨率为8.2μm，经0.5wt％的京尼平水溶液浸泡交联反应24h后压缩模量为289MPa；
若将1mL含有10000个二代iPSCs的胎牛血清培养液接种于直径为15mm的按照如上述方法打印并交联的支架上，并在37.0℃、5.0％CO2条件下培养1、3、4、7、10天后，使用台盼蓝染色法，测得细胞存活率分别为99.4％、98.4％、98.0％、96.2％、92.3％，使用细胞计数法，测得细胞增殖率分别为163％、407％、709％、2743％、9993％。
实施例4
一种改性柞蚕丝素蛋白3D打印支架的制备方法，其步骤与实施例3基本相同，不同之处在于用对氨基苯庚醚修饰剂替代4-(2-乙氨基)苯胺修饰剂，
最终制得的改性柞蚕丝素蛋白纳米微纤维长径比为132，平均直径为93nm。
核部分打印墨水挤出胀大率为0.56％，动态粘度为380cP。
壳部分打印墨水自凝胶化时间为41s，挤出胀大率为15％，动态粘度为3200cP。
最终制得的改性柞蚕丝素蛋白3D打印支架的分辨率为6.5μm，经0.5wt％的京尼平水溶液浸泡交联反应24h后压缩模量为301MPa；
若将1mL含有10000个二代iPSCs的胎牛血清培养液接种于直径为15mm的按照如上述方法打印并交联的支架上，并在37.0℃、5.0％CO2条件下培养1、3、4、7、10天后，使用台盼蓝染色法，测得细胞存活率分别为98.8％、97.8％、97.4％、95.6％、92.7％，使用细胞计数法，测得细胞增殖率分别为171％、493％、933％、4717％、12987％。
实施例5
一种改性柞蚕丝素蛋白3D打印支架的制备方法，其步骤与实施例1基本相同，不同之处在于步骤(4)中在冰水浴中机械搅拌反应3天，
最终制得的改性柞蚕丝素蛋白纳米微纤维长径比为158，平均直径为67nm。
核部分打印墨水挤出胀大率为0.46％，动态粘度为460cP。
壳部分打印墨水自凝胶化时间为34s，挤出胀大率为8％，动态粘度为4000cP。
最终制得的改性柞蚕丝素蛋白3D打印支架的分辨率为2.9μm，经0.5wt％的京尼平水溶液浸泡交联反应24h后压缩模量为354MPa；
若将1mL含有10000个二代iPSCs的胎牛血清培养液接种于直径为15mm的按照如上述方法打印并交联的支架上，并在37.0℃、5.0％CO2条件下培养1、3、4、7、10天后，使用台盼蓝染色法，测得细胞存活率分别为99.2％、98.2％、97.8％、96.0％、93.1％，使用细胞计数法，测得细胞增殖率分别为187％、665％、1381％、8665％、18975％。
实施例6
一种改性柞蚕丝素蛋白3D打印支架的制备方法，其步骤与实施例5基本相同，不同之处在于步骤(4)中在冰水浴中机械搅拌反应5天。
最终制得的改性柞蚕丝素蛋白纳米微纤维长径比为185，平均直径为45nm。
核部分打印墨水挤出胀大率为0.42％，动态粘度为490cP。
壳部分打印墨水自凝胶化时间为30s，挤出胀大率为5％，动态粘度为4200cP。
最终制得的改性柞蚕丝素蛋白3D打印支架的分辨率为1.2μm，经0.5wt％的京尼平水溶液浸泡交联反应24h后压缩模量为443MPa；
若将1mL含有10000个二代iPSCs的胎牛血清培养液接种于直径为15mm的按照如上述方法打印并交联的支架上，并在37.0℃、5.0％CO2条件下培养1、3、4、7、10天后，使用台盼蓝染色法，测得细胞存活率分别为99.3％、98.3％、97.9％、96.1％、93.3％。使用细胞计数法，测得细胞增殖率分别为191％、708％、1493％、9652％、20473％。
实施例7
一种改性柞蚕丝素蛋白3D打印支架的制备方法，其步骤与实施例1基本相同，不同之处在于步骤(6)中制备壳部分打印墨水中，经对氨基苯甲酸修饰的柞蚕丝素蛋白纳米微纤维的浓度为3wt％、明胶的浓度为17wt％，且打印时使用的核壳结构的打印线条的核部分和壳部分的直径分别为400μm和800μm；打印的工艺参数为：料筒及针头温度32℃，挤出气压130KPa，打印速度8mm/s，线条间距800μm。
壳部分打印墨水自凝胶化时间为46s，挤出胀大率为22％，动态粘度为2000cP。
最终制得的改性柞蚕丝素蛋白3D打印支架的分辨率为7.0μm，经0.5wt％的京尼平水溶液浸泡交联反应24h后压缩模量为243MPa；
若将1mL含有10000个二代iPSCs的胎牛血清培养液接种于直径为15mm的按照如上述方法打印并交联的支架上，并在37.0℃、5.0％CO2条件下培养1、3、4、7、10天后，使用台盼蓝染色法，测得细胞存活率分别为99.0％、98.0％、97.6％、95.8％、92.9％。使用细胞计数法，测得细胞增殖率分别为179％、579％、1157％、6691％、15981％。
实施例8
一种改性柞蚕丝素蛋白3D打印支架的制备方法，其步骤与实施例1基本相同，不同之处在于步骤(6)中制备壳部分打印墨水中，经对氨基苯甲酸修饰的柞蚕丝素蛋白纳米微纤维的浓度为1wt％、明胶的浓度为19wt％，且打印时使用的核壳结构的打印线条的核部分和壳部分的直径分别为500μm和1000μm；打印的工艺参数为：料筒及针头温度37℃，挤出气压100KPa，打印速度8mm/s，线条间距2000μm。
壳部分打印墨水自凝胶化时间为50s，挤出胀大率为26％，动态粘度为1400cP。
最终制得的改性柞蚕丝素蛋白3D打印支架的分辨率为9.0μm，经0.5wt％的京尼平水溶液浸泡交联反应24h后压缩模量为196MPa；
若将1mL含有10000个二代iPSCs的胎牛血清培养液接种于直径为15mm的按照如上述方法打印并交联的支架上，并在37.0℃、5.0％CO2条件下培养1、3、4、7、10天后，使用台盼蓝染色法，测得细胞存活率分别为98.7％、97.7％、97.3％、95.5％、92.6％。使用细胞计数法，测得细胞增殖率分别为167％、450％、821％、3730％、11490％。
实施例9
一种改性柞蚕丝素蛋白3D打印支架的制备方法，主要步骤如下：
(1)制备柞蚕丝素蛋白浆粕：
(1.1)按1g:100mL的质量体积比将柞蚕茧浸入质量浓度为5.00wt％的Na2CO3水溶液中，煮沸5次，每次60min，之后将煮过的柞蚕茧用水洗涤并干燥，得到脱胶柞蚕丝纤维；
(1.2)将脱胶柞蚕丝纤维按1g:25mL的质量体积比浸入质量浓度为100wt％的甲酸水溶液中3h；
(1.3)在改成60℃的温度条件下匀浆处理5min进行粉碎，匀浆速率为15000rpm；
(1.4)重复步骤(1.2)和步骤(1.3)5次得到柞蚕丝素蛋白浆液；
(1.5)将柞蚕丝素蛋白浆液进行离心、过滤、洗涤和干燥得到柞蚕丝素蛋白浆粕；
(2)制备化学修饰剂：将浓度为1mM的4-(2-乙氨基)苯胺乙腈溶液、浓度为1mM的对甲基苯磺酸水溶液以及浓度为1mM的亚硝酸钠水溶液按1:4:2的体积比在1℃的温度条件下经漩涡混合5s后，在同样的温度条件下机械搅拌反应5min得到化学修饰剂；
(3)制备柞蚕丝素蛋白纳米微纤维/硼酸缓冲液混合体系：
(3.1)按1g:200mL的质量体积比将柞蚕丝素蛋白浆粕浸入水中，机械搅拌使其分散均匀；
(3.2)按柞蚕丝素蛋白浆粕:NaClO＝1g:0.001mol的质量摩尔比在柞蚕丝素蛋白浆粕的水分散体系中加入质量浓度为5wt％的NaClO水溶液，在1℃的温度条件下机械搅拌，在此过程中，通过持续加入0.5M的NaOH水溶液使得体系pH值维持在10.0～10.1之间，直至当不加入NaOH水溶液时，体系pH值也可维持在10.0～10.1之间；
(3.3)将体系转移至截留分子量为14000Da的纤维素透析袋中，在去离子水中透析1天后，继续在硼酸缓冲液中透析1天，再经浓缩得到柞蚕丝素蛋白纳米微纤维浓度为1wt％的柞蚕丝素蛋白纳米微纤维/硼酸缓冲液混合体系，其中硼酸缓冲液主要由硼酸、氯化钠和水组成，硼酸和氯化钠的浓度分别为100mM和150mM；
(4)制备经4-(2-乙氨基)苯胺修饰的柞蚕丝素蛋白纳米微纤维：先将浓度为1wt％的柞蚕丝素蛋白纳米微纤维/硼酸缓冲液混合体系与经4-(2-乙氨基)苯胺修饰剂按12的体积比混合，在冰水浴中机械搅拌反应1天，再使用去离子水透析1天提纯并冷冻干燥得到长径比平均为100且平均直径为200nm的经经4-(2-乙氨基)苯胺修饰的柞蚕丝素蛋白纳米微纤维；
(5)制备核部分打印墨水：将经经4-(2-乙氨基)苯胺修饰的柞蚕丝素蛋白纳米微纤维、成纤维细胞生长因子2以及四环素加入水中，于1℃的温度条件下机械搅拌1h制得核部分打印墨水，其中，核部分打印墨水中各组分的质量含量是：经经4-(2-乙氨基)苯胺修饰的柞蚕丝素蛋白纳米微纤维为6wt％，成纤维细胞生长因子2为0.1wt％，四环素为0.1wt％，余量为水；核部分打印墨水挤出胀大率为1.00％，动态粘度为300cP；
(6)制备壳部分打印墨水：首先将经经4-(2-乙氨基)苯胺修饰的柞蚕丝素蛋白纳米微纤维、成纤维细胞生长因子2以及四环素加入水中，机械搅拌1h，然后与明胶混合，静置1h后，于35℃的温度条件下机械搅拌1h，最后超声处理1min制得壳部分打印墨水；其中，壳部分打印墨水中各组分的质量含量是：经经4-(2-乙氨基)苯胺修饰的柞蚕丝素蛋白纳米微纤维为1wt％，明胶为14wt％，成纤维细胞生长因子2为0.1wt％，四环素为0.1wt％，余量为水；壳部分打印墨水的自凝胶化时间为60s，挤出胀大率为30％，动态粘度为1000cP；
(7)先将上述制得核部分打印墨水和壳部分打印墨水从同轴喷嘴装置挤出形成具有核壳结构的打印线条，其中具有核壳结构的打印线条的核部分和壳部分的直径分别为500μm和1000μm，再进行3D打印制得改性柞蚕丝素蛋白3D打印支架；打印时，将具有核壳结构的打印线条以层层堆积的方式沉积在玻璃片上；打印的工艺参数为：料筒及针头温度25℃，挤出气压10KPa，打印速度10mm/s，由具有核壳结构的打印线条构成的相邻两打印层间的夹角30°，线条间距2000μm，沉积2层。
最终制得的改性柞蚕丝素蛋白3D打印支架的分辨率为10.0μm；改性柞蚕丝素蛋白3D打印支架经质量浓度为5.0wt％的京尼平浸泡交联反应24h后的压缩模量为100MPa；
若将1mL含有10000个二代iPSCs的胎牛血清培养液接种于直径为15mm的按照如上述方法打印并交联的支架上，并在37.0℃、5.0％CO2条件下培养1、3、4、7、10天后，使用台盼蓝染色法，测得细胞存活率分别为98.7％、97.6％、97.3％、95.5％和92.0％，使用细胞计数法，测得细胞增殖率分别为150％、344％、564％、3158％和9000％。
实施例10
一种改性柞蚕丝素蛋白3D打印支架的制备方法，主要步骤如下：
(1)制备柞蚕丝素蛋白浆粕：
(1.1)按1g:50mL的质量体积比将柞蚕茧浸入质量浓度为0.05wt％的Na2CO3水溶液中，煮沸1次，每次30min，之后将煮过的柞蚕茧用水洗涤并干燥，得到脱胶柞蚕丝纤维；
(1.2)将脱胶柞蚕丝纤维按1g:15mL的质量体积比浸入质量浓度为60wt％的甲酸水溶液中1h；
(1.3)在10℃的温度条件下匀浆处理1min进行粉碎，匀浆速率为5000rpm；
(1.4)重复步骤(1.2)和步骤(1.3)1次得到柞蚕丝素蛋白浆液；
(1.5)将柞蚕丝素蛋白浆液进行离心、过滤、洗涤和干燥得到柞蚕丝素蛋白浆粕；
(2)制备化学修饰剂：将浓度为1M的对氨基苯甲酸乙腈溶液、浓度为2M的对甲基苯磺酸水溶液以及浓度为1M的亚硝酸钠水溶液按1:2:2的体积比在4℃的温度条件下经漩涡混合5s后，在同样的温度条件下机械搅拌反应30min得到化学修饰剂；
(3)制备柞蚕丝素蛋白纳米微纤维/硼酸缓冲液混合体系：
(3.1)按1g:50mL的质量体积比将柞蚕丝素蛋白浆粕浸入水中，机械搅拌使其分散均匀；
(3.2)按柞蚕丝素蛋白浆粕:NaClO＝1g:0.050mol的质量摩尔比在柞蚕丝素蛋白浆粕的水分散体系中加入质量浓度为35wt％的NaClO水溶液，在60℃的温度条件下机械搅拌，在此过程中，通过持续加入5.0M的NaOH水溶液使得体系pH值维持在10.0～10.1之间，直至当不加入NaOH水溶液时，体系pH值也可维持在10.0～10.1之间；
(3.3)将体系转移至截留分子量为14000Da的纤维素透析袋中，在去离子水中透析3天后，继续在硼酸缓冲液中透析1天后，再经浓缩得到柞蚕丝素蛋白纳米微纤维浓度为20wt％的柞蚕丝素蛋白纳米微纤维/硼酸缓冲液混合体系，其中硼酸缓冲液主要由硼酸、氯化钠和水组成，硼酸和氯化钠的浓度分别为100mM和150mM；
(4)制备经对氨基苯甲酸修饰的柞蚕丝素蛋白纳米微纤维：先将浓度为20wt％的柞蚕丝素蛋白纳米微纤维/硼酸缓冲液混合体系与对氨基苯甲酸修饰剂按1:0.1的体积比混合，在冰水浴中机械搅拌反应5天，再使用去离子水透析3天提纯并冷冻干燥得到长径比平均为200且平均直径为10nm的经对氨基苯甲酸修饰的柞蚕丝素蛋白纳米微纤维；
(5)制备核部分打印墨水：将将经对氨基苯甲酸修饰的柞蚕丝素蛋白纳米微纤维、成纤维细胞生长因子2以及四环素加入水中，于45℃的温度条件下机械搅拌3h制得核部分打印墨水，其中，核部分打印墨水中各组分的质量含量是：经对氨基苯甲酸修饰的柞蚕丝素蛋白纳米微纤维为20wt％，成纤维细胞生长因子2为1wt％，四环素为1wt％，余量为水；核部分打印墨水的挤出胀大率为0.10％，动态粘度为500cP；
(6)制备壳部分打印墨水：首先将经对氨基苯甲酸修饰的柞蚕丝素蛋白纳米微纤维、成纤维细胞生长因子2以及四环素加入水中，机械搅拌3h，然后与明胶混合，静置3h后，于45℃的温度条件下机械搅拌5h，最后超声处理60min制得壳部分打印墨水；其中，壳部分打印墨水中各组分的质量含量是：经对氨基苯甲酸修饰的柞蚕丝素蛋白纳米微纤维为6wt％，明胶为20wt％，成纤维细胞生长因子2为1wt％，四环素1wt％，余量为水；壳部分打印墨水的自凝胶化时间为10s，挤出胀大率为1％，动态粘度为5000cP；
(7)先将上述制得核部分打印墨水和壳部分打印墨水从同轴喷嘴装置挤出形成具有核壳结构的打印线条，其中具有核壳结构的打印线条的核部分和壳部分的直径分别为50μm和100μm，再进行3D打印制得改性柞蚕丝素蛋白3D打印支架；打印时，将具有核壳结构的打印线条以层层堆积的方式沉积在玻璃片上；打印的工艺参数为：料筒及针头温度37℃，挤出气压500KPa，打印速度1mm/s，由具有核壳结构的打印线条构成的相邻两打印层间的夹角90°，线条间距20μm，沉积10层。
最终制得的改性柞蚕丝素蛋白3D打印支架的分辨率为0.5μm；改性柞蚕丝素蛋白3D打印支架经质量浓度为0.1wt％的京尼平浸泡交联反应24h后的压缩模量为600MPa；
若将1mL含有10000个二代iPSCs的胎牛血清培养液接种于直径为15mm的按照如上述方法打印并交联的支架上，并在37.0℃、5.0％CO2条件下培养1、3、4、7、10天后，使用台盼蓝染色法，测得细胞存活率分别为99.9％、99.7％、99.5％、99.2％和99.0％，使用细胞计数法，测得细胞增殖率分别为240％、864％、1821％、11775％和25000％。
以上所述仅仅是本发明的实施方式举例。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，仍可以做出若干改进和变形。例如：打印墨水配方及制备工艺条件的改变，打印工艺的改变(针头直径、打印温度、挤出气压、打印速度、层间夹角、线条间距、沉积层数等)、打印支架处理方式的改变等，这些也应当视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种改性柞蚕丝素蛋白3D打印支架的制备方法，其特征是：由经化学修饰的柞蚕丝素蛋白纳米微纤维制得的核部分打印墨水和经化学修饰的柞蚕丝素蛋白纳米微纤维/明胶复合体系制得的壳部分打印墨水进行3D打印制得改性柞蚕丝素蛋白3D打印支架；
其中，核部分打印墨水和壳部分打印墨水从同轴喷嘴装置挤出形成具有核壳结构的打印线条；
核部分打印墨水中经化学修饰的柞蚕丝素蛋白纳米微纤维的质量含量大于等于6wt％，壳部分打印墨水中经化学修饰的柞蚕丝素蛋白纳米微纤维的质量含量小于等于6wt％；
经化学修饰的柞蚕丝素蛋白纳米微纤维为接枝亲水基团的柞蚕丝素蛋白纳米微纤维；
改性柞蚕丝素蛋白3D打印支架经质量浓度为0.1～5wt％的京尼平浸泡交联反应24h后的压缩模量为100～600MPa，培养10天后诱导多能干细胞的存活率为92.0％～99.0％，增殖率为9000％～25000％。
2.根据权利要求1所述的一种改性柞蚕丝素蛋白3D打印支架的制备方法，其特征在于，核部分打印墨水的挤出胀大率为0.10～1.00％，动态粘度为300～500cP；壳部分打印墨水的自凝胶化时间为10～60s，挤出胀大率为1～30％，动态粘度为1000～5000cP。
3.根据权利要求2所述的一种改性柞蚕丝素蛋白3D打印支架的制备方法，其特征在于，壳部分打印墨水的制备过程为：首先将经化学修饰的柞蚕丝素蛋白纳米微纤维、细胞生长因子以及抗生素加入水中，机械搅拌1～3h，然后与明胶混合，静置1～3h后，于35～45℃的温度条件下机械搅拌1～5h，最后超声处理1～60min；
壳部分打印墨水中各组分的质量含量为：经化学修饰的柞蚕丝素蛋白纳米微纤维1～6wt％，明胶14～20wt％，细胞生长因子0.1～1.0wt％，抗生素0.1～1.0wt％，余量为水；
核部分打印墨水的制备过程为：将经化学修饰的柞蚕丝素蛋白纳米微纤维、细胞生长因子以及抗生素加入水中，于1～45℃的温度条件下机械搅拌1～3h；
核部分打印墨水中各组分的质量含量为：经化学修饰的柞蚕丝素蛋白纳米微纤维6～20wt％，细胞生长因子0.1～1.0wt％，抗生素0.1～1.0wt％，余量为水。
4.根据权利要求3所述的一种改性柞蚕丝素蛋白3D打印支架的制备方法，其特征在于，所有的细胞生长因子都为成纤维细胞生长因子2；所有的抗生素都为四环素。
5.根据权利要求1所述的一种改性柞蚕丝素蛋白3D打印支架的制备方法，其特征在于，所有的经化学修饰的柞蚕丝素蛋白纳米微纤维的制备步骤如下：
(1)制备柞蚕丝素蛋白浆粕；
(2)制备化学修饰剂和柞蚕丝素蛋白纳米微纤维/硼酸缓冲液混合体系；
(2.a)化学修饰剂的制备过程为：将浓度为1mM～1M的对苯胺基类有机物乙腈溶液、浓度为1mM～2M的对甲基苯磺酸水溶液以及浓度为1.0mM～1.0M的亚硝酸钠水溶液按1:0.5～4:0.5～2的体积比，在1～4℃的温度条件下经漩涡混合5s后，在同样的温度条件下机械搅拌反应5～30min得到化学修饰剂；
(2.b)柞蚕丝素蛋白纳米微纤维/硼酸缓冲液混合体系的制备步骤如下：
(2.b.1)按1g:50～200mL的质量体积比将柞蚕丝素蛋白浆粕浸入水中，机械搅拌使其分散均匀；
(2.b.2)按柞蚕丝素蛋白浆粕:NaClO＝1g:0.001～0.050mol的质量摩尔比在柞蚕丝素蛋白浆粕的水分散体系中加入质量浓度为5～35wt％的NaClO水溶液，在1～60℃的温度条件下机械搅拌，在此过程中，通过持续加入0.5～5.0M的NaOH水溶液使得体系pH值维持在10.0～10.1之间，直至当不加入NaOH水溶液时，体系pH值也可维持在10.0～10.1之间；
(2.b.3)将体系转移至截留分子量为14000Da的纤维素透析袋中，在去离子水中透析1～3天后，继续在硼酸缓冲液中透析1天，然后经浓缩得到柞蚕丝素蛋白纳米微纤维浓度为1～20wt％的柞蚕丝素蛋白纳米微纤维/硼酸缓冲液混合体系，其中硼酸缓冲液主要由硼酸、氯化钠和水组成，硼酸和氯化钠的浓度分别为100mM和150mM；
(3)化学修饰；
先将浓度为1～20wt％的柞蚕丝素蛋白纳米微纤维/硼酸缓冲液混合体系与化学修饰剂按1:0.1～2的体积比混合，在冰水浴中机械搅拌反应1～5天，再使用去离子水透析1～3天，提纯并冷冻干燥得到长径比为100～200且直径为10～200nm的经化学修饰的柞蚕丝素蛋白纳米微纤维。
6.根据权利要求5所述的一种改性柞蚕丝素蛋白3D打印支架的制备方法，其特征在于，柞蚕丝素蛋白浆粕的制备过程如下：
(1.1)按1g:50～100mL的质量体积比将柞蚕茧浸入质量浓度为0.05～5.00wt％的Na2CO3水溶液中，煮沸1～5次，每次30～60min，之后将煮过的柞蚕茧用水洗涤并干燥，得到脱胶柞蚕丝纤维；
(1.2)将干燥后的脱胶柞蚕丝纤维按1g:15～25mL的质量体积比浸入质量浓度为60～100wt％的甲酸水溶液中1～3h；
(1.3)在10～60℃的温度条件下匀浆处理1～5min进行粉碎，匀浆速率为5000～15000rpm；
(1.4)重复步骤(1.2)和步骤(1.3)1～5次得到柞蚕丝素蛋白浆液；
(1.5)将柞蚕丝素蛋白浆液进行离心、过滤、洗涤和干燥得到柞蚕丝素蛋白浆粕。
7.根据权利要求5所述的一种改性柞蚕丝素蛋白3D打印支架的制备方法，其特征在于，对苯胺基类有机物为对氨基苯甲酸、4-(2-乙氨基)苯胺、对氨基苯乙酮或对氨基苯庚醚。
8.根据权利要求1所述的一种改性柞蚕丝素蛋白3D打印支架的制备方法，其特征在于，具有核壳结构的打印线条的核部分和壳部分的直径分别为50～500μm和100～1000μm，且壳部分直径大于核部分直径；打印时，将具有核壳结构的打印线条以层层堆积的方式沉积在玻璃片上；打印的工艺参数为：料筒及针头温度25～37℃，挤出气压10～500KPa，打印速度1～10mm/s，由具有核壳结构的打印线条构成的相邻两打印层间的夹角30～90°，线条间距20～2000μm，沉积层数2～10。
9.采用如权利要求1～8任一项所述的一种改性柞蚕丝素蛋白3D打印支架的制备方法制得的改性柞蚕丝素蛋白3D打印支架，其特征是：由具有核壳结构的打印线条构成，具有核壳结构的打印线条的核部分主要由经化学修饰的柞蚕丝素蛋白纳米微纤维组成，壳部分主要由经化学修饰的柞蚕丝素蛋白纳米微纤维和明胶组成。
10.根据权利要求9所述的改性柞蚕丝素蛋白3D打印支架，其特征在于，改性柞蚕丝素蛋白3D打印支架的分辨率为0.5～10.0μm。
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