技术领域
[0001] 本
发明涉及一种用于3D生物打印的材料。更具体地，本发明涉及一种采用
纳米材料用于3D生物打印的材料, 该材料可以促进3D打印后
生物组织的生长。
背景技术
[0002] 3D打印技术（3D printing）作为一项划时代的发明，正在潜移默化地改变整个世界，也为人造组织器官提供了新的技术可能,在3D生物打印过程中，研究者会以计算机三维模型为
基础，通过
软件分层离散和数控成型的方法，
定位装配
生物材料或活细胞，制造人工植入
支架、组织器官和医疗辅助等生物医学产品。3D生物打印所使用的原料是生物墨
水，而非传统的塑料材料。研究者会从人体骨髓或脂肪中提取的干细胞，再以生物化学手段将其“改造”（分化）为不同类型的其他细胞后，
封存为“墨粉”。进行生物打印，电脑建模程序会设计出需要打印的器官剖面图，来精准指导随后的打印过程；而后“墨粉”将通过打印头聚拢在事先设计好的生活相容性材料上，按照一定的图案来逐渐形成打印器官的雏形，构建活体组织。但是目前生物3d打印还需要解决打印过程中细胞能否存活、能否发育、能否变异甚至
肿瘤化的问题。以及生物
打印机必须满足生物仿生对制造
精度、准确性的极高要求。同时组织及器官是由多材料及多细胞组成的非均质体系，对制造要求也极高。现阶段很多研究者都致
力于寻找可在
3D打印机操作的
生物相容性材料，使其对细胞造成的伤害降到最小。同时保存及促进打印体生物活性。
[0003] 纳米材料，如金
纳米棒（Gold Nano Rods）具有独特的光学特性，它被广泛用于生命科学，环境，织物等领域。这些
纳米粒子的光吸收具有选择性。这些纳米粒子可以用
近红外（NIR）
激光器或发光
二极管进行加热，加热后可以提高细胞活性，促进细胞生长。本公开涉及一种含有纳米材料的新
型材料，纳米材料本身尺寸小，不影响打印的高精度。该材料在红外光照射下，可以用于促进3D打印后生物组织生长。
发明内容
[0004] 本发明涉及一种用于3D生物打印的材料。更具体地，本发明涉及一种用于3D生物打印的材料,该材料采用纳米材料，可以促进3D打印后生物组织的生长。纳米材料是包含在多层结构内的纳米颗粒。纳米粒子的外层使得纳米粒子高度稳定。具有该稳定外层的纳米颗粒可以分散在水性介质、
有机溶剂介质中或
固化。该材料可以加入3D打印材料中，纳米颗粒增强了该材料的浓度和光吸收。打印后采用红外光照射的时候，可以提高材料生物活性，促进材料生长。
附图说明
[0005] 图1为本发明纳米材料的一个
实施例的示意图，表示出了两层纳米材料的示例的示意图。两层可以一步一步地添加。层内和层间可以存在交叉连接。第二层也可以结合到纳米材料表面。 1代表裸露的纳米粒子。 2代表原始
单层。 3和4代表两个新层。在纳米粒子1周围，新的单层第一层保护层3取代原始保护层2，在第一层保护层外又增加第二保护层，第二保护层内部分子形成交联结构，同时第二层分子也
接触纳米粒子表面，与第一层形成交叉结构，如图中3,4所示。
[0006] 图2标示出了纳米材料对红外吸收的一个示例的示意图。该材料对特定
波长的红外线吸收率高，可以吸收并转化为热量，而其他波长的光线吸收率非常低。
[0007] 发明实施方式本发明纳米粒子可以通过化学还原法，超声化学法，绿色法等各种方法制备而成。纳米粒子的问题之一是毒性。例如对于许多方法制备的金纳米棒的表面涂层是十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）。但是CTAB具有细胞毒性，需要去除。但是，CTAB的去除会影响纳米材料的
稳定性，极大地减少纳米粒子的寿命。因此，需要新的稳定层来稳定杆纳米粒子的形态。在已有的许多应用中，有多种单层材料被用于进一步稳定纳米粒子。
[0008] 本发明的保护层采用多层的配位体，可以
锁定保护层附着在纳米粒子表面上。在本发明的一个实施例中，第一层用共价键直接附着到纳米粒子表面。第一层的配体包括至少两个官能团，其中一个配体的官能团通过共价键与粒子表面相连接，另外一个配体的功能团可以与第二层的配体的功能团相连，同时同一层内配位基的配体可以交联连接。第二层配体或者第三层配体可以外接其他层。在一个实施方案中，配体内部的交联可以在层间或层内形成。在一个实施方案中，新增加层物质可以与配体中的多个末端反应。
[0009] 在一个实施例中，第一层的配体中可以包含一些含有氮、硫、磷、
氧元素的
原子的官能团。例如一些树突状
聚合物分子，聚酰胺-胺型树枝状高分子poly(amidoamine) (PAMAM).等。这些分子具有树状的结构，并且可以扩展到更多的分支。随着分支的增多，分子会变得弯曲。在多次扩展之后，有一些胺基的结合点就可以附着到纳米粒子表面，同时有一些未附着的结合点。
[0010] 在一个实施例中，这些配体可以是二维的，二维配位体还可以是一些同时含有胺基和
丙烯酸酯官能团的
单体的配位体，例如聚（2-
氨基乙基甲基丙烯酸酯-co-甲基丙烯酸甲酯等。在本发明的一个实施例中，二维配位体可以包括同时含有胺基和丙烯酸酯官能团的单体的配位体例如聚（2-氨基乙基甲基丙烯酸酯-co-甲基丙烯酸甲酯）。在一个实施例中，这些配体可以是三维的，三维配位体可以包括一些有三个或者以上官能团同时至少有两个官能团会在同一个平面上的分子，例如
蛋白质、肽或者合成高分子等等。
[0011] 在一个实施例中，第一，第二和第三层配体包括但是不限于巯基，胺，胺官能团，丙烯酸酯官能团，聚乙二醇，树状聚合物壳聚糖，多肽，生物大分子单体及其组合。例如，这些配体包括硫醇化 - 聚乙二醇（HS-PEG）或包括胺（NH 2-）的其它头部基团。一个单层配体包含一个或多个配体。不同的层可以通过共价键结合，其中共价键可以是C-N或C-C键。该键也可以是金 - 官能团键，例如金 - 硫醇键。
[0012] 在本发明的一个实施例中，所有的这些反应（包括增加配体层，交联等反应）都是在水或者水性溶液中完成。在本发明的一个实施例中，聚乙二醇层可以采用如下步骤制造。
[0013] 配体溶液的浓度范围为0.00001M至0.5M。反应时间和
温度可以随着不同配体而变化。例如，1小时，2小时，24小时或甚至更长。反应温度可以是4℃，25℃，35℃，60℃等。混合过程之后可以
蒸发溶剂，中和并最终
洗出。额外的
表面活性剂可以通过连续离心或者过滤装置除去。加热纳米
复合材料的溶液导致相分离和从液相纳米复合材料形成固相纳米复合材料。
[0014] 在一个实施方案中，所有反应步骤都在水或水溶液中进行。
[0015] 在一个实施方案中，所有反应步骤均在有机溶液中进行。
[0016] 在一个实施方案中，纳米粒子可以与多肽溶液混合24小时。混合过程可形成新的纳米稳定外层。
[0017] 在一个实施方案中，壳聚糖层可以加在聚乙二醇层之上。在一个实施方案中，壳聚糖层可以直接溶解在有保护层的纳米粒子分散体中。在一个实施方案中，壳聚糖层可以直接溶解在纳米粒子分散体中。。凝胶状固体壳聚糖-纳米粒子通过将溶液倒入容器中，然后在25℃下干燥24小时而获得。溶液的浓度可以根据不同的干燥时间而变化。例如，浓度可以是5％w / v。干燥后，获得的凝胶在周围环境中稳定，用NaOH溶液
碱化5分钟。浓度可以调整。可以用另外的添加剂进一步处理凝胶以增强不同的性能。
[0018] 在一个实施方案中，所述混合物可以通过首先将大分子在水中在特定的pH值下溶解，随后加入纳米粒子在水中的悬浮液来制备。室温下24小时内形成凝胶。浓度可以变化。
[0019] 在一个实施方案中，前述凝胶材料可以加入3D打印材料中，其中的纳米颗粒增强了该材料的浓度和光吸收。采用红外光照射该打印部位的时候，可以提高材料生物活性，促进材料生长。
[0020] 在一个实施方案中，前述凝胶材料可以用另外的添加剂进一步加工以增强不同的性质。这些添加剂包括但是不限于高分子材料、无机材料、水凝胶材料或活细胞。新的组合材料可以加入3D打印材料中，纳米颗粒增强了该材料的浓度和光吸收。采用红外光照射的时候，可以提高材料生物活性，促进材料生长。
[0021] 在一个实施方案中， 前述凝胶材料可以与生物活性组分、水或者交联剂、促凝剂、自由基引发剂、光引发剂等混合使用。其中高分子包括但不限于蛋白质、多糖、多聚氨基酸中的一种或多种组合。蛋白质包括但并不限于胶原、明胶、丝蛋白、大豆蛋白、玉米蛋白、纤粘蛋白、层粘黏蛋白等，多糖包括并不限于透明质酸、海藻酸钠、壳聚糖、
淀粉、
纤维素、糖原、琼脂糖、环糊精等。生物活性组分可以包括多肽、短肽或者脱细胞基质等。交联剂包括但不限于
水溶性聚醚酯、水溶性聚醚、水溶性聚酯等、过
硫酸铵、BAPO（（2,4,6-三甲基苯甲酰基）苯基氧化膦、戊二
醛等中的一种。促凝剂可以包括但不限于
盐酸溶液等。各种组分可以在0.01% 40%之间，各组分百分比之和为100%。新的组合材料可以加入3D打印材料中，纳米~颗粒增强了该材料的浓度和光吸收。采用红外光照射的时候，可以提高材料生物活性，促进材料生长。
[0022] 在一个实施例中，该应用可以是
治疗伤口。新的纳米材料可以打印在伤口处，纳米材料可以单独使用，也可以与其他材料混合使用。伤口内的前述纳米颗粒增强了纳米颗粒的浓度和光吸收。在光照作用下，该装置可以
加速伤口的恢复。
[0023] 本发明中提到的纳米粒子包含但是不限于纳米棒、纳米球、
纳米线的多种形状，包含金属（如 Au、 Ag、 Pt、 Pb） 、
半导体材料 （如 CdSe、CdS、ZnS、TiO2、PbS）、
磁性材料（如 Fe2O3或 Co纳米颗粒）以及复合材料（如 FePt、CoPt）。
[0024] 该纳米材料对特定波长的红外线吸收率高，可以吸收并转化为热量，而不受其他波长的光线影响。在一个实施例中，该纳米颗粒为金纳米棒，金纳米棒通过
表面等离子共振的方式吸收特定波长的红外光。如图2纳米材料对红外吸收的一个示例的示意图。可以调节纳米颗粒的参数使得其对不同的波长的吸收率达到可调节。
[0025] 本
说明书中使用的术语旨在描述特定的实施例，而不是限制性的。除非另有明确说明，否则术语“一”，“一个”和“该”也包括复数形式。当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指明所述特征，整体，步骤，操作，元件和/或部件的存在，但不排除存在或添加一个或更多其他特征，整体，步骤，操作，元素和/或组件。
[0026] 关于前面的描述，应当理解，可以在不脱离本公开的范围的情况下，尤其在所使用的材料以及部件的形状，尺寸和布置方面进行详细的改变。本说明书和所描述的实施例仅是示例性的，本公开的真实范围和精神由随后的
权利要求指示。
