一种水凝胶支架

1.本实用新型涉及生物三维打印仿真支架领域，具体涉及一种水凝胶支架。


背景技术：

2.人造皮肤是利用工程学和细胞生物学的原理和方法，在体外人工研制的皮肤代用品，用来修复、替代缺损的皮肤组织，按成分不同，可分单纯人工真皮和具有表皮细胞层的活性复合皮。而目前，人造皮肤主要通过生物3d打印(三维打印)的方式制备。
3.目前大部分生物3d打印制备人造皮肤的方式是fdm挤出式的生物3d打印，这种方式受限于挤出式方式的打印精度(包括xy方向的平面精度和垂直方向的最小厚度要求)，使得生物3d打印人体仿真皮肤模型的支架结构都是采用简单的阵列规则长方体等径孔隙作为细胞提供营养物质及氧气等的通道。其中，较大的长方形孔隙会直接使化妆品或药物发生泄漏，较小的孔隙又可能阻塞化妆品或药物的运输，因此也不能很好地反映药物或化妆品在皮肤上渗透过程。


技术实现要素：

4.为解决现有的生物三维打印仿真皮肤制造过程中关于仿真皮肤的营养物质、氧气、药物物质等的输送问题，本实用新型提供了一种水凝胶支架。基于该水凝胶支架打印制备的人造皮肤可确保对仿真皮肤细胞的营养、氧气供给，并避免营养物质、药物物质等在输送过程中堵塞。
5.本实用新型的目的通过如下技术方案实现。
6.一种水凝胶支架，包括支架本体；所述支架本体具有第一面和第二面，所述第一面与所述第二面相背离；所述支架本体上具有通道，所述通道具有连通的第一端和第二端，所述通道的第一端位于所述第一面上，所述通道的第二端位于所述第二面上。
7.在优选的实施例中，所述支架本体的由第一面至第二面的厚度为0.3-0.5mm。
8.更优选的，所述支架本体的由第一面至第二面的厚度为0.4mm。
9.优选的，上述任一项所述的水凝胶支架中，所述通道包含主通道，所述主通道为非等径通道；所述主通道的孔径由第一端至第二端逐渐变小。
10.在优选的实施例中，所述主通道为类圆台通道。
11.更优选的，所述主通道的第一端的孔径为35-45μm。
12.进一步优选的，所述主通道的第一端的孔径为40μm。
13.更优选的，所述主通道的第二端的孔径为15-25μm。
14.进一步优选的，所述主通道的第二端的孔径为20μm。
15.优选的，上述任一项所述的水凝胶支架中，所述通道包含主通道以及辅通道；所述主通道为非等径通道；所述主通道的孔径由第一端至第二端逐渐变小；所述辅通道为等径通道。
16.在优选的实施例中，所述主通道为类圆台通道。
17.在优选的实施例中，所述辅通道为圆柱通道。
18.更优选的，所述辅通道的孔径为5-10μm。
19.进一步优选的，所述辅通道的孔径为10μm。
20.与现有技术相比，本实用新型具有如下优点和有益效果：
21.本实用新型的水凝胶支架，在支架本体上设置类圆台的非等径主通道，该主通道的具有直径不等且连通的两端。基于该水凝胶支架打印制备的仿真皮肤，其中，直径较大的一端可产生毛细现象以吸收更多的营养液，而直径较小的一端可吸附细胞，利于细胞生长和进行营养物质交换，为细胞提供营养物质，实现空气流通以提供氧气，同时能够避免营养物质、化妆品物质、药物物质在输送过程中发生阻塞，利于更好的模拟并反映皮肤的渗透过程，从而有效提高细胞的存活率。
22.此外，设置有圆柱的等径的辅通道，使基于该水凝胶支架打印制备的仿真皮肤可提高空气的流通效率，进而为细胞提供充足的氧气，提高生物相容性以及更有利于渗透过程。
23.而且，该水凝胶支架设置的主通道和辅通道，在保证仿真皮肤的物质交换及流动的同时，使得制备过程中生物打印墨水的使用量降低，便于标准化生产打印制备，降低制备成本。
附图说明
24.图1为具体实施例中本实用新型的水凝胶支架的立体结构示意图；
25.图2为具体实施例中本实用新型的水凝胶支架的正视结构示意图；
26.图3为具体实施例中本实用新型的水凝胶支架的局部结构示意图；
27.图4为具体实施例中本实用新型的水凝胶支架的剖视结构示意图；
28.附图标注：1-支架本体，101-第一面，102-第二面，11-主通道，12-辅通道。
具体实施方式
29.以下结合具体实施例及附图对本实用新型的技术方案作进一步详细的描述，但本实用新型的保护范围及实施方式不限于此。
30.在具体的实施例描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，以及术语“第一”、“第二”等，是为了便于区分，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的结构或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制，更不能理解为指示或暗示相对重要性。
31.除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。另外，使用术语“和/或”时，本文所指的均为包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
32.本实用新型的水凝胶支架，可用于生物3d打印制备人造皮肤。具体的，采用本实用新型的水凝胶支架机芯人造皮肤的制备时，步骤如下：
33.s1、将该水凝胶支架的结构参数导入生物3d打印机中；
34.s2、将角质细胞、成纤维细胞分别与生物3d打印墨水预混，生物3d打印墨水的主材料为水凝胶；
35.s3、无菌条件下，依据水凝胶支架结构，进行成纤维细胞样品的打印，再进行角质细胞样品的打印；
36.s4、将打印好的样品转移至培养皿中进行培养，细胞增殖，获得人体仿真标准皮肤。
37.请参阅图1和图2所示，分别示出了本实用新型的水凝胶支架的立体结构示意图以及正视结构示意图，该水凝胶支架包括支架本体1。
38.作为打印的模型支架本体，该支架本体1可以为水凝胶的一体化成型结构，或者为多部分拼接组装的结构。具体优选的实施例中，支架本体1为一体化结构，使支架本体1的内部连续性更好，从而有效确保支架本体1的各项性能优越性。
39.其中，该支架本体1的外型不受限制，可以为规则的立体，包括柱体、方体，如圆柱体或正方体，或者为不规则立体。如图1和图2示出的具体实施例中，支架本体1为圆柱体，该圆柱体的支架本体1的整体直径为1.4mm，具有底面和顶面，以及由底面和顶面之间的距离定义的高度。
40.而且，在支架本体1上具有第一面101和第二面102，该第一面101和第二面102为支架本体1上相互背离的两个面，且由第一面101和第二面102之间的距离可定义支架本体1的厚度。示出的具体实施例中，支架本体1为圆柱体时，第一面101和第二面102可分别对应为圆柱体的顶面和底面。
41.根据人体皮肤的实际厚度情况，支架本体1的由第一面101至第二面102的厚度为0.3-0.5mm，在一些优选的实施例中，该厚度为0.4mm。从而，该通道在打印制备人造皮肤时，确保人造皮肤的厚度与真实皮肤的厚度基本相同，更有利于反映皮肤的真实渗透过程，进而更有利于提高细胞的存活率。
42.此外，在支架本体1上具有通道，该通道在打印制备人造皮肤时，对应为人造皮肤上的毛孔结构以及细胞间物质传输通道，可为细胞进行营养物物质、药物物质、化妆品物质及氧气的输送，同时进行排泄物的输送，保证细胞的正常增殖，保证仿真皮肤的制备。
43.具体的，该通道具有相互连通的第一端和第二端，物质及气体可在通道的第一端和第二端之间进行流通。其中，通道的第一端位于第一面101上，而通道的第二端位于第二面102上，使物质及气体可在支架本体1的第一面101和第二面102之间进行渗透传输。
44.在优选的实施例中，请再参阅图1和图2所示，本实用新型的水凝胶支架中，支架本体1上的通道包含主通道11。该主通道11具体为贯通于支架本体1的第一面101与第二面102之间的粗孔隙，主要可进行营养物物质、药物物质、化妆品物质的输送，以及进行氧气的输送，同时也可对排泄物进行输送，保障细胞正常生长所需的物质交换。
45.进一步的，该主通道11为非等径通道。具体的，该主通道11由一端至另一端之间的孔径并非保持不变，而是具有孔径变化。在一些优选的实施例中，主通道11的孔径由一端至另一端逐渐变小，或逐渐变小后再逐渐变大；根据皮肤毛孔的特征以及细胞的尺寸情况，主
通道11的孔径被优选设置为由一端至另一端逐渐变小，如示出的具体实施例中，主通道11的孔径由第一端至第二端逐渐变小。
46.从而，使基于该水凝胶支架打印制备的仿真皮肤中，对应主通道11直径较大的一端的仿真皮肤表面可产生毛细现象以吸收更多的营养液，而对应主通道11直径较小的一端的仿真皮肤表面可吸附细胞，利于细胞生长和进行营养物质交换，为细胞提供营养物质，实现空气流通以提供氧气，同时能够避免营养物质、化妆品物质、药物物质在输送过程中发生阻塞，利于更好的模拟并反映皮肤的渗透过程，从而有效提高细胞的存活率，使制备的仿真皮肤的效果更好。
47.并且，在仿真皮肤的打印制备中，基于通道的存在，可减少生物打印墨水的使用量，节约成本。
48.主通道11的孔隙结构可以不受限制，可以为规则的孔隙，包括圆形孔、方形孔，或者为不规则立体，如圆形孔、方形孔等的任意组合。在优选的实施例中，主通道11为规则的圆形孔，以方便进行物质的传输，同时保证物质传输的顺畅进行，避免营养物质、化妆品物质、药物物质在输送过程中发生阻塞。
49.如以下示出的实施例中，为结合了一些具体的优选实施案例对通道的技术特征进行详细的阐述说明。
50.实施例一
51.请参阅图1-图4所示，本实施例的水凝胶支架中，支架本体1上的主通道11为圆形孔，且具体为类圆台通道。
52.具体的，该类圆台通道的圆台顶面对应于主通道11的第二端的端面，圆台底面对应于主通道11的第一端的端面，且圆台顶面对应位于支架本体1的第二面102上，而圆台底面对应位于支架本体1的第一面101上。其中，主通道11的圆台顶面的直径小于圆台底面的直径，使该主通道11的孔径由第一端至第二端具有规律且平滑的逐渐变小。
53.其中，根据皮肤毛孔的结构特征，设计该主通道11的第一端的孔径为35-45μm，在一些优选的实施例中，为40μm；而设计该主通道11的第二端的孔径为15-25μm，在一些优选的实施例中，为20μm。即一些示出的具体实施例中，主通道11为圆形孔，且该圆形孔的孔径由第一端的40μm至第二端的20μm呈现规律的逐渐变化。从而，使仿真皮肤可更好的模拟真实皮肤的渗透过程。
54.实施例二
55.请再参阅图1-图3所示，本实用新型的水凝胶支架中，支架本体1上的通道还包括辅通道12，即支架本体1上同时设置有主通道11以及辅通道12。具体的，主通道11为非等径通道，主通道11的孔径由第一端至第二端逐渐变小；而辅通道12为等径通道，该辅通道12具体为贯通于支架本体1的第一面101与第二面102之间的微孔隙，主要可进行氧气的输送。
56.基于该水凝胶支架打印制备的仿真皮肤中，对应于主通道11的孔道为主要的物质交换、传输及氧气供给的渗透通道，而对应于辅通道12的孔道则为辅助的渗透通道。
57.其中，由主通道11保障营养物质、化妆品物质、药物物质等的交换传输以及实现空气流通以提供氧气，由辅通道12可进一步提高空气的流动效率，进而为细胞提供充足的氧气，提高生物相容性以及更有利于渗透过程。从而，满足细胞的物质交换及氧气需求，更有利于细胞的增殖。
58.主通道11和辅通道12的孔隙结构均可以不受限制，可以为规则的孔隙，包括圆形孔、方形孔，或者为不规则立体，如圆形孔、方形孔等的任意组合。在优选的实施例中，主通道11和辅通道12均为规则的圆形孔，以方便进行物质的传输及空气流通。
59.实施例三
60.本实施例与实施例二相同。进一步的，请再参阅图1-图3所示，本实施例的水凝胶支架中，主通道11和辅通道12均为圆形孔。其中，主通道11为类圆台通道，而辅通道12为圆柱通道。
61.进一步的，该类圆台顶面对应于主通道11的第二端端面，类圆台底面对应于主通道11的第一端端面，且类圆台顶面对应位于支架本体1的第二面102上，而类圆台底面对应位于支架本体1的第一面101上，类圆台顶面的直径小于类圆台底面的直径。优选的实施例中，主通道11的第一端的孔径为35-45μm，而第二端的孔径为15-25μm，更优选的，主通道11的第一端和第二端的孔径分别为40μm、20μm。
62.进一步的，该圆柱通道的圆柱顶面和底面分别对应于辅通道12的第一端端面和第二端端面，且该圆柱的顶面和底面分别对应位于支架本体1的第一面101和第二面102上，圆柱顶面的直径和圆柱底面的直径相等，圆柱的孔径由第一端至第二端保持不变。优选的实施例中，辅通道12的孔径为5-10μm，更优选的，辅通道12的孔径为10μm。
63.以上实施例仅为本实用新型的较优实施例，仅在于对本实用新型的技术方案作进一步详细的描述，但上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例，本实用新型的保护范围及实施方式不限于此，任何未脱离本实用新型精神实质及原理上所做的变更、组合、删除、替换或修改等均将包含在本实用新型的保护范围内。