润滑科技信息平台

专利摘要

本发明提供了一种类软组织弹性水凝胶及其组织器官模型的制备方法和应用，属于水凝胶基组织器官模型制造技术领域。本发明利用丙烯酰胺和含负电子基团的不饱和双键单体进行光固化形成共价交联网络，然后通过负电子基团与锆离子配位形成离子交联网络，构筑具有与软组织机械性能接近且可调控的双网络弹性水凝胶。借助光固化快速成型技术构筑精细结构的优势，可以打印制备各种与天然软组织相匹配的个性化组织器官模型，解决了软材料力学性能与加工性能的矛盾。本发明提供的弹性水凝胶制备方法简单易行，具有可调控的机械性能，可以更好的匹配软体组织，能够模拟人体软组织的力学行为，有望应用于医疗术前模拟、器官移植、手术切除医疗领域。 ......

基本信息

专利类型:
发明专利
申请/专利号:
CN202210529042.9
申请日期:
2022-05-16
专利申请人:
中国科学院兰州化学物理研究所
分类号:
C08J3/075 ; C08J7/12 ; C08L33/26 ; C08F220/56 ; C08F220/58 ; C08F222/38 ; G09B23/28
发明/设计人:
王晓龙，刘德胜，蒋盼，吴家宇，周峰，刘维民
权利要求: 1.一种类软组织弹性水凝胶的制备方法，包括以下步骤：将丙烯酰胺单体、含负电子基团的不饱和双键单体、水溶性光引发剂、交联剂、光吸收剂与水混合，得到水凝胶光固化墨水溶液；对所述水凝胶光固化墨水溶液进行光固化，得到光固化水凝胶前驱体；将所述光固化水凝胶前驱体浸泡于锆盐溶液中，进行金属配位反应，得到金属配位增强的光固化水凝胶前驱体；将所述金属配位增强的光固化水凝胶前驱体浸泡于水中，进行离子平衡，得到类软组织弹性水凝胶。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述含负电子基团的不饱和双键单体为2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸钠、甲基丙烯酸、丙烯酸和乙烯基磺酸或磺酸钠中的一种或几种；所述水溶性光引发剂为苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)磷酸锂盐、偶氮二异丁脒盐酸盐、α-酮戊二酸、2-羟基-2-甲基苯丙酮和2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮中的一种或几种；所述交联剂为亚甲基双丙烯酰胺和/或聚乙二醇二甲基丙烯酸酯中的一种；所述光吸收剂为柠檬黄。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述丙烯酰胺单体与含负电子基团的不饱和双键单体的摩尔比为1:0.05～0.25；所述水溶性光引发剂的添加量为丙烯酰胺单体、含负电子基团的不饱和双键单体总质量的3～5‰；所述交联剂的添加量为丙烯酰胺单体、含负电子基团的不饱和双键单体总摩尔量的0.05～0.25％；所述光吸收剂的浓度为0.10～0.30g/L。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述光固化所用光源的波长为365～405nm，强度为500～1000mW；所述光固化的时间为3～7min；所述锆盐水溶液的浓度为0.05～0.25mol/L；所述金属配位反应的时间为3～7天；所述离子平衡的时间为3～7天。5.权利要求1～4任意一项所述制备方法制备得到的类软组织弹性水凝胶，所述类软组织弹性水凝胶包括丙烯酰胺单体与含负电子基团的不饱和双键单体形成的共价交联网络以及负电子基团与锆离子配位结合的离子交联网络。6.权利要求5所述的类软组织弹性水凝胶在制备水凝胶组织器官模型中的应用。7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述组织器官为血管、心脏、肾脏、肝脏、肺、大脑、耳朵、鼻子和瓣膜中的一种或几种。8.一种水凝胶组织器官模型的制备方法，包括以下步骤：通过医学影像获取组织器官的图像数据，根据所述图像数据获得3D打印切片数据；将丙烯酰胺单体、含负电子基团的不饱和双键单体、水溶性光引发剂、交联剂、光吸收剂与水混合，得到水凝胶光固化墨水溶液；根据所述3D打印切片数据对所述水凝胶光固化墨水溶液进行光固化3D打印，得到水凝胶组织器官模型前驱体；将所述水凝胶组织器官模型前驱体浸泡于锆盐溶液中，进行金属配位反应，得到金属配位增强的水凝胶组织器官模型前驱体；将所述金属配位增强的水凝胶组织器官模型前驱体浸泡于水中，进行离子平衡，得到水凝胶组织器官模型。9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述光固化3D打印的参数包括：光源波长为365～405nm；单层曝光时间为10～20s；单层切片层厚为0.05～0.1mm；光源的光强为500～1000mW。10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述锆盐溶液浓度为0.05～0.25mol/L；当所述水凝胶组织器官模型为心脏、肝脏、肾脏、大脑或肺时，所述金属配位反应的时间为5～10天；当所述水凝胶组织器官模型为血管、耳朵、鼻子或瓣膜时，所述金属配位反应的时间为5～7天。