本發(fā)明涉及一種高分子材料的3D打印技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是一種3D打印海藻酸鈉/聚乙烯醇全物理交聯(lián)雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠支架的方法。

背景技術(shù)：

當(dāng)前人體組織和器官的重建，已從短壽命的修復(fù)發(fā)展到永久性的修復(fù)和替換，從簡單的機械固定發(fā)展到重建具有生命的人體組織，組織工程醫(yī)學(xué)也有望進入制造組織和器官的新時代。3D打印是一種新型增材制造方法，通過一層一層把材料堆砌成模型所需的形狀。由于生物組織形態(tài)的復(fù)雜性，3D打印制備水凝膠生物醫(yī)學(xué)組織工程材料有重要的意義。由于水凝膠一般力學(xué)性能較差，且化學(xué)交聯(lián)的水凝膠還存在組織相容性差的缺點，無法滿足使用的要求。理想的水凝膠支架材料應(yīng)該具有如下特征：1.支架內(nèi)部應(yīng)具有相互貫通的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以利于細(xì)胞生長時營養(yǎng)物質(zhì)的輸送及代謝產(chǎn)物的排出；2.支架本身應(yīng)具有良好的生物相容性及可控的降解性，以使其被新生成的組織所替代，以此來達到修復(fù)受損組織或器官的目的；3.支架應(yīng)具有合適的表面化學(xué)性能，以適應(yīng)細(xì)胞的粘附、增殖及分化；4.支架應(yīng)具有較高的力學(xué)性能來承受消毒滅菌或在體內(nèi)進行組織修復(fù)時所受到的外力作用。

中國專利公開號為CN 103205107A公開了一種富有韌性的高粘結(jié)度3D打印成型材料及其制備方法，該方法是以聚酰胺樹脂為基料，通過加入合適顏填料及粘結(jié)劑，雖然制備出了粘結(jié)強度較好牢固度較高的韌性三維支架，但該發(fā)明沒有解決與生物良好相容性問題。而且細(xì)胞無法在此支架上增殖及分化。中國專利公開號為CN101544767A公開了一種生物相容性高強度連通多孔PVA水凝膠的制備方法，該發(fā)明采用高溫高壓溶融、表面活性劑與可溶性固體顆粒復(fù)合致孔、循環(huán)冷凍溶融物理交聯(lián)成型、超聲波清洗的工藝方法制備三維多孔聚乙烯醇水凝膠支架。該發(fā)明雖然具有較高孔隙度，孔徑也很均勻，但力學(xué)性能無法滿足生物組織材料的需要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決上述技術(shù)問題，提供一種工藝簡單、生產(chǎn)流程短、控制簡便、生產(chǎn)成本低、可靠性好的3D打印海藻酸鈉/聚乙烯醇全物理交聯(lián)雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠支架的方法，得到的水凝膠支架無毒、機械性能優(yōu)良、吸水率高和生物相容性好。

本發(fā)明方法包括以下步驟：

步驟1：原料的準(zhǔn)備，包括如下子步驟：

子步驟1.1：溶膠的配制：將SA(海藻酸鈉)加入去離子水中攪拌分散，置于65℃恒溫水域中冷凝回流1～2小時，至SA完全溶解，得到SA溶液；

子步驟1.2：將PVA(聚乙烯醇)樹脂加入去離子水中攪拌分散，置于95℃恒溫水域中冷凝回流2～3小時，至PVA完全溶解，得到PVA溶液；

子步驟1.3：將子步驟(1.1)的SA溶液與子步驟(1.2)的PVA溶液混合，攪拌均勻，得到含有SA/PVA混合溶液,混合溶液中SA：PVA：去離子水的摩爾比為1：(30～70)：(4.33～7.30)。

子步驟1.4：將子步驟(1.3)所得的混合溶液脫氣后緩慢的加入氣相二氧化硅中，并攪拌均勻，得到具有觸變性能的溶膠；

步驟2：3D打印成型：

以步驟1得到的溶膠作為打印材料，通過3D打印成型方法得到溶膠支架；

步驟3：支架的后處理：

將打印出的溶膠支架置于冷凍室冷凍，使聚合物PVA引發(fā)聚合并充分交聯(lián)成一重網(wǎng)絡(luò)得到預(yù)成型的凝膠支架，然后取出室溫解凍，再將預(yù)成型的凝膠支架浸泡在CaCl₂水溶液中，使SA充分交聯(lián)成另一重凝膠網(wǎng)絡(luò)，得到水凝膠支架。

所述子步驟1.4中，所述混合溶液與氣相二氧化硅的質(zhì)量比為(16～20):1。

所述氣相二氧化硅的粒徑范圍為20～100nm

所述步驟1.3中，所述混合溶液中SA：PVA：去離子水的摩爾比為1：(30～70)：(4.33～7.30)。

所述步驟(3)中控制冷凍室的冷凍溫度為-20℃～-40℃，冷凍時間為20～24小時，室溫解凍時間為1～2小時；所述CaCl₂水溶液的濃度為0.1～1mol/L。

所述3D打印成型方法包括利用機器人點膠機驅(qū)動醫(yī)用注射器連接精細(xì)針管或移液管滴頭將所述打印材料擠出進行3D打印，得到溶膠支架。

所述3D打印成型方法中，控制以下參數(shù)進行3D打?。?/p>

點膠機擠出速率(體積流率) 0.5～1mm³/s

XY軸平臺移動速率 180mm～250mm/min

Z軸步進高度 0.3mm～0.6mm

所述精細(xì)針管或移液管滴頭的內(nèi)孔直徑為0.1～0.5mm。

所述水凝膠支架為三維多孔水凝膠支架。

由于水凝膠支架主要應(yīng)用于生物醫(yī)療領(lǐng)域的軟骨修復(fù)支架，安全無毒及生物相溶性非常重要，在原料選擇時，則會有更多的限制，另一方面，水凝膠支架植入體內(nèi)時，其機械性能和吸水率與支架使用壽命和可靠性息息相關(guān)，獲得高強度、長壽命的支架是技術(shù)人員追求的目標(biāo)。本申請采用3D打印技術(shù)與雙網(wǎng)絡(luò)高強度水凝膠制備技術(shù)結(jié)合的方法，制備出了一種用于工程軟骨修復(fù)的水凝膠支架。該支架是由SA/PVA雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)水凝膠打印而成的，在打印出聚合物溶膠支架后，先采用冷凍的方式使第一層網(wǎng)絡(luò)充分交聯(lián)，然后放入CaCl₂溶液中使SA充分交聯(lián)，整個方法無化學(xué)交朕，而是采用全物理交聯(lián)形成雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)水凝膠，從而保證了支架的精細(xì)結(jié)構(gòu)，且使強度大幅度提高，得到的支架具有與正常軟骨組織相符的宏觀形貌和力學(xué)性能，良好的生物相容性、以及更易打印形成理想的三維多孔結(jié)構(gòu)。

為了得到高強度水凝膠支架，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)SA/PVA混合溶液中SA/PVA的比例非常重要，SA：PVA：去離子水的摩爾比應(yīng)嚴(yán)格控制在1：(30～70)：(4.33～7.30)，SA：PVA的摩爾比過高會導(dǎo)致韌性降低，摩爾比過低會導(dǎo)致拉伸強度和斷裂伸長率同時降低，優(yōu)選的SA：PVA：去離子水的摩爾比應(yīng)為1：(30～70)：(4.33～7.30)。

進一步地，向脫氣后的混合溶液中加入了納米無機粉體——氣相二氧化硅，利用了氣體二氧化硅具有增稠性和觸變性的特性，一方面，氣體二氧化硅的添加對混合溶液起到一定的增稠效果，添加后能與SA和PVA攜同，增加水凝膠支架的強度；另一方面，由于納米無機粉體表面具有很多高活性的硅羥基，表面硅羥基能夠通過氫鍵與水發(fā)生強烈的作用而充滿于整個體系，使得體系的粘度增加的同時，還提高了觸變性和水凝膠支架的吸水率。所述混合溶液與氣相二氧化硅的質(zhì)量比為(15～20):1，氣相二氧化硅的添加量過多會導(dǎo)致體系觸變性能降低，難以擠出，過少會導(dǎo)致支架難以成型；所述氣相二氧化硅的粒徑范圍優(yōu)選為20～100nm，粒徑過大會導(dǎo)致二氧化硅在溶膠中難以分散均勻，擠出時易堵塞針頭，進而影響支架的完整性，粒徑過小將導(dǎo)致成本過高。在此粒徑范圍內(nèi)具有易成型成本低的優(yōu)點。

為了進一步提高支架強度，發(fā)明人對3D打印后的物理交聯(lián)過程進行研究，發(fā)現(xiàn)應(yīng)對溶膠支架進行冷凍，使聚合物PVA引發(fā)聚合并充分交聯(lián)成一重網(wǎng)絡(luò)得到預(yù)成型的凝膠支架，然后再放入CaCl₂溶液中使SA充分交聯(lián)，采用上述交聯(lián)順序有利于進一步提高支架的強度，以獲得理想的三維多孔結(jié)構(gòu)，也進一步避免成型支架坍塌問題的發(fā)生。

所述3D打印成型方法可以采用本領(lǐng)域中打印組織工程軟骨修復(fù)支架用常用的各種3D打印方法，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在現(xiàn)有3D打印設(shè)備中進行合理選擇，考慮便捷可靠、打印簡單等因素，優(yōu)選采用機器人點膠機驅(qū)動醫(yī)用注射器連接精細(xì)針管或移液管滴頭將所述打印材料擠出進行3D打印的方法，針對本發(fā)明材料，優(yōu)選控制以下參數(shù)進行3D打?。?/p>

所述精細(xì)針管或移液管滴頭的內(nèi)孔直徑為0.1～0.5mm。

所述水凝膠支架可以為長方體或圓柱體或其它可實現(xiàn)的形狀，組成所述水凝膠支架的水凝膠線條截面直徑優(yōu)選為0.3～1mm。

有益效果：

(1)本發(fā)明的生物支架采用基體材料PVA和SA聚合物，均具有良好的生物相容性，二者通過全物理交聯(lián)得到高強度且具生物相容性的雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠支架；

(2)本發(fā)明在生物支架的制備過程中沒有引入任何有毒及污染的物質(zhì)；

(3)本發(fā)明采用3D打印配合有效的雙物理交聯(lián)方法，實現(xiàn)了高含水生物支架結(jié)構(gòu)以及內(nèi)部孔隙的可控，便于支架在細(xì)胞培養(yǎng)過程中營養(yǎng)物質(zhì)、細(xì)胞代謝產(chǎn)物的流通與排泄。

(4)制備的水凝膠支架較同類3D打印的水凝膠支架相比，機械性能優(yōu)良、強度高、精度好、吸水率高，使用壽命長。

附圖說明

圖1為實施例(1)中水凝膠支架熒光顯微俯視圖。

圖2為實施例(1)中水凝膠支架宏觀圖。

具體實施方式

實施例1

步驟1：雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠支架材料的準(zhǔn)備，包括如下子步驟：

子步驟1.1：溶膠的配制：取2g海藻酸鈉(SA)加入38g去離子水中攪拌分散，置于65℃恒溫水域中冷凝回流1～2小時，至海藻酸鈉(SA)完全溶解，得到海藻酸鈉溶液；

子步驟1.2：取13.332g聚乙烯醇(PVA)樹脂加入40g去離子水中攪拌分散，置于95℃恒溫水域中冷凝回流2～3小時，至PVA完全溶解，得到PVA溶液；

子步驟1.3：子步驟(1.1)的SA溶液與子步驟(1.2)的PVA溶液充分混合攪拌均勻，得到SA/PVA混合溶液。

子步驟1.4：將子步驟(1.3)所得的混合溶液于95℃真空干燥箱內(nèi)脫氣0.5h，脫氣完畢，將93.332g混合溶液緩慢的加入4.667g粒徑為20nm的氣相二氧化硅(SiO₂)中，并攪拌均勻，使混合溶液與氣相二氧化硅的質(zhì)量比為20:1，得到具有觸變性能的溶膠。

步驟2：利用機器人點膠機驅(qū)動醫(yī)用注射器連接移液管滴頭擠出溶膠，調(diào)節(jié)XY軸平臺移動速率為180mm/min，Z軸步進高度為0.3mm，點膠機擠出體積流率為1.0mm³/s，3D成型得到溶膠支架樣品。

步驟3：支架的后處理

將溶膠支架樣品置于-25℃，冷凍室冷凍20小時，取出后室溫解凍2小時，然后將解凍后的預(yù)成型凝膠支架放入濃度為0.1mol/L的CaCl₂溶液中12小時，得到水凝膠支架樣品。

測得凝膠支架的拉伸強度為0.235MPa，伸長率為204％。

樣品外形為方體，測得其外形尺寸為：長×寬×高＝30×30×2mm；組成支架的水凝膠線條截面直徑為0.6mm；內(nèi)部孔洞為正四邊形，邊長為0.4mm。

圖1為實施例1中水凝膠支架熒光顯微俯視圖；圖2為實施例1中水凝膠支架宏觀圖。由圖1和圖2看出，支架的成型效果較好，沒有出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象。支架的孔隙尺寸在300um～700um之間，凝膠纖維絲的直徑也在300um～700um之間。該支架內(nèi)部具有相互貫通的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這種三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有利于細(xì)胞生長時營養(yǎng)物質(zhì)的輸送及代謝產(chǎn)物的排出。

實施例2

步驟1：雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠支架材料的準(zhǔn)備，包括如下子步驟：

子步驟1.1：溶膠的配制：取2g海藻酸鈉(SA)加入38g去離子水中攪拌分散，置于65℃恒溫水域中冷凝回流1～2小時，至海藻酸鈉(SA)完全溶解，得到海藻酸鈉溶液；

子步驟1.2：取22.22g聚乙烯醇(PVA)樹脂加入66.667g去離子水中攪拌分散，置于95℃恒溫水域中冷凝回流2～3小時，至PVA完全溶解，得到PVA溶液；

子步驟1.3：子步驟(1.1)SA溶液與子步驟(1.2)的PVA溶液混合攪拌均勻，得到SA/PVA混合溶液。

子步驟1.4：將子步驟(1.3)所得的混合溶液于95℃真空干燥箱內(nèi)脫氣0.5h，脫氣完畢，將93.332g混合溶液緩慢的加入5.833g粒徑為50nm氣相二氧化硅(SiO₂)中，并攪拌均勻，使混合溶液與氣相二氧化硅的質(zhì)量比為16:1，得到具有觸變性能的溶膠。

步驟2：利用機器人點膠機驅(qū)動醫(yī)用注射器連接移液管滴頭擠出溶膠，調(diào)節(jié)XY軸平臺移動速率為220mm/min，Z軸步進高度為0.5mm，點膠機擠出體積流率為1.0mm³/s，3D成型得到溶膠支架樣品。

步驟3：支架后處理

將溶膠支架樣品置于-25℃冷凍室冷凍24小時，取出后室溫解凍1小時，然后將解凍后的預(yù)成型凝膠支架放入濃度為0.5mol/L的CaCl₂溶液中12小時，得到水凝膠支架樣品。

測得凝膠支架的拉伸強度為0.227MPa，伸長率為242％。

樣品外形為方體，測得其外形尺寸為：長×寬×高＝30×30×2mm；組成支架的水凝膠線條截面直徑為0.6mm；內(nèi)部孔洞為正四邊形，邊長為0.4mm。

實施例3

步驟1：雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠支架材料的準(zhǔn)備，包括如下子步驟：

子步驟1.1：溶膠的配制：取2g海藻酸鈉(SA)加入38g去離子水中攪拌分散，置于65℃恒溫水域中冷凝回流1～2小時，至海藻酸鈉(SA)完全溶解，得到海藻酸鈉溶液；

子步驟1.2：取26.667g聚乙烯醇(PVA)樹脂加入80g去離子水中攪拌分散，置于95℃恒溫水域中冷凝回流2～3小時，至PVA完全溶解，得到PVA溶液；

子步驟1.3：子步驟(1.1)的SA溶液與子步驟(1.2)的PVA溶液充分混合，并攪拌均勻，得到均相混合溶液。

子步驟1.4：將子步驟(1.3)所得的混合溶液于95℃真空干燥箱內(nèi)脫氣0.5h，脫氣完畢，將146.667g混合溶液緩慢的加入8.63g粒徑為100nm氣相二氧化硅(SiO₂)中，并攪拌均勻，使混合溶液與氣相二氧化硅的質(zhì)量比為17:1，得到具有觸變性能的溶膠。

步驟2：利用機器人點膠機驅(qū)動醫(yī)用注射器連接移液管滴頭擠出溶膠，調(diào)節(jié)XY軸平臺移動速率為240mm/min，Z軸步進高度為0.5mm，點膠機擠出體積流率為1.0mm³/s，3D成型得到溶膠支架樣品。

步驟3：支架后處理

將溶膠支架樣品置于-25℃冷凍室冷凍22小時，取出后室溫解凍2小時，然后將解凍后的預(yù)成型凝膠支架放入濃度為0.6mol/L的CaCl₂溶液中12小時，得到水凝膠支架樣品。

測得凝膠支架的拉伸強度為0.309MPa，伸長率為222％。

樣品外形為方體，測得其外形尺寸為：長×寬×高＝30×30×2mm；組成支架的水凝膠線條截面直徑為0.5mm；內(nèi)部孔洞為正四邊形，邊長為0.5mm。

實施例4

步驟1：雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠支架材料的準(zhǔn)備，包括如下子步驟：

子步驟1.1：溶膠的配制：取2g海藻酸鈉(SA)加入38g去離子水中攪拌分散，置于65℃恒溫水域中冷凝回流1～2小時，至海藻酸鈉(SA)完全溶解，得到海藻酸鈉溶液；

子步驟1.2：取31.11g聚乙烯醇(PVA)樹脂加入93.333g去離子水中攪拌分散，置于95℃恒溫水域中冷凝回流2～3小時，至PVA完全溶解，得到PVA溶液；

子步驟1.3：子步驟(1.1)的SA溶液與子步驟(1.2)的PVA溶液充分混合，并攪拌均勻，得到均相混合溶液。

子步驟1.4：將子步驟(1.3)所得的混合溶液于95℃真空干燥箱內(nèi)脫氣0.5h，脫氣完畢，將164.444g混合溶液緩慢的加入9.14g無機粉體氣相二氧化硅(SiO₂)中，并攪拌均勻，使混合溶液與氣相二氧化硅的質(zhì)量比為18:1，得到具有觸變性能的溶膠。

步驟2：利用機器人點膠機驅(qū)動醫(yī)用注射器連接移液管滴頭擠出溶膠，調(diào)節(jié)XY軸平臺移動速率為250mm/min，Z軸步進高度為0.6mm，點膠機擠出體積流率為1.0mm³/s，3D成型得到溶膠支架樣品。

步驟3：支架后處理

將溶膠支架樣品置于-25℃冷凍室冷凍20小時，取出后室溫解凍1.5小時，然后將解凍后的預(yù)成型凝膠支架放入濃度為1mol/L的CaCl₂溶液中12小時，得到水凝膠支架樣品。

測得凝膠支架的拉伸強度為0.218MPa，伸長率為230％。

樣品外形為方體，測得其外形尺寸為：長×寬×高＝30×30×2mm；組成支架的水凝膠線條截面直徑為0.5mm；內(nèi)部孔洞為正四邊形，邊長為0.4mm。

比較例1

步驟1：將10gPVA樹脂與30g去離子水，置于95℃恒溫水浴中冷凝回流2小時，充分?jǐn)嚢柚罰VA完全溶解；

步驟2：將步驟(1)所得的PVA溶液置于95℃真空干燥箱內(nèi)脫氣30分鐘，脫氣完后，將40g PVA溶液緩慢加入2g氣相二氧化硅(SiO₂)中，并進行攪拌，得到具有觸變性能的溶膠；

步驟3：利用機器人點膠機驅(qū)動醫(yī)用注射器連接移液管滴頭擠出溶膠，調(diào)節(jié)XY軸平臺移動速率為190mm/min，Z軸步進高度為0.3mm，點膠機擠出體積流率為1.0mm³/s，3D成型得到溶膠支架樣品。

步驟3：支架后處理

將溶膠支架樣品置于-25℃冷凍室冷凍20小時，取出后室溫解凍2小時，得到水凝膠支架樣品。

測得凝膠支架的拉伸強度為0.06MPa,伸長率為120％。

樣品外形為方體，測得其外形尺寸為：長×寬×高＝10×10×2mm；組成支架的水凝膠線條截面直徑為0.5mm；內(nèi)部孔洞為正四邊形，邊長為0.3mm。

比較例2

步驟1：將2gSA與38g去離子水，置于65℃恒溫水浴中冷凝回流1小時，充分?jǐn)嚢柚罶A完全溶解；

步驟2：將步驟(1)所得的PVA溶液置于95℃真空干燥箱內(nèi)脫氣30分鐘，脫氣完后，將40gSA溶液緩慢加入2g氣相二氧化硅(SiO₂)中，并進行攪拌，得到具有觸變性能的溶膠；

步驟3：利用機器人點膠機驅(qū)動醫(yī)用注射器連接移液管滴頭擠出溶膠，調(diào)節(jié)XY軸平臺移動速率為200mm/min，Z軸步進高度為0.3mm，點膠機擠出體積流率為1.0mm³/s，3D成型得到溶膠支架樣品。

步驟3：支架后處理

將成型的支架置于1mol/L的CaCl₂溶液中浸泡12小時，得到水凝膠支架樣品。

測得凝膠支架的拉伸強度為0.1MPa,伸長率為20％。

樣品外形為方體，測得其外形尺寸為：長×寬×高＝10×10×2mm；組成支架的水凝膠線條截面直徑為0.3mm；內(nèi)部孔洞為正四邊形，邊長為0.3mm。

比較例3

步驟1：雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠支架材料的準(zhǔn)備，包括如下子步驟：

子步驟1.1：溶膠的配制：取1g海藻酸鈉(SA)加入19g去離子水中攪拌分散，置于65℃恒溫水域中冷凝回流2個小時，至海藻酸鈉(SA)完全溶解，得到海藻酸鈉溶液；

子步驟1.2：取20g聚乙烯醇(PVA)樹脂加入60g去離子水中攪拌分散，置于95℃恒溫水域中冷凝回流3小時，至PVA完全溶解，得到PVA溶液；

子步驟1.3：子步驟(1.1)的SA溶液與子步驟(1.2)的PVA溶液充分混合攪拌均勻，得到SA/PVA混合溶液。

子步驟1.4：將子步驟(1.3)所得的混合溶液于95℃真空干燥箱內(nèi)脫氣0.5h，脫氣完畢，將100g混合溶液緩慢的加入5g粒徑為20nm的氣相二氧化硅(SiO₂)中，并攪拌均勻，使混合溶液與氣相二氧化硅的質(zhì)量比為20:1，得到具有觸變性能的溶膠。

步驟2：利用機器人點膠機驅(qū)動醫(yī)用注射器連接移液管滴頭擠出溶膠，調(diào)節(jié)XY軸平臺移動速率為180mm/min，Z軸步進高度為0.3mm，點膠機擠出體積流率為1.0mm³/s，3D成型得到溶膠支架樣品。

步驟3：支架后處理

將溶膠支架樣品置于-25℃冷凍室冷凍20小時，取出后室溫解凍2小時，然后將解凍后的預(yù)成型凝膠支架放入濃度為0.1mol/L的CaCl₂溶液中12小時，得到水凝膠支架樣品。

測得凝膠支架的拉伸強度為0.195MPa，伸長率為184％。

樣品外形為方體，測得其外形尺寸為：長×寬×高＝30×30×2mm；組成支架的水凝膠線條截面直徑為0.6mm；內(nèi)部孔洞為正四邊形，邊長為0.5mm。

比較例4

步驟1：雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠支架材料的準(zhǔn)備，包括如下子步驟：

子步驟1.1：溶膠的配制：取2g海藻酸鈉(SA)加入38g去離子水中攪拌分散，置于65℃恒溫水域中冷凝回流2個小時，至海藻酸鈉(SA)完全溶解，得到海藻酸鈉溶液；

子步驟1.2：取22.22g聚乙烯醇(PVA)樹脂加入66.66g去離子水中攪拌分散，置于95℃恒溫水域中冷凝回流3小時，至PVA完全溶解，得到PVA溶液；

子步驟1.3：子步驟(1.1)的SA溶液與子步驟(1.2)的PVA溶液充分混合攪拌均勻，得到SA/PVA混合溶液。

子步驟1.4：將子步驟(1.3)所得的混合溶液于95℃真空干燥箱內(nèi)脫氣0.5h，脫氣完畢，將100g混合溶液緩慢的加入5g粒徑為20nm的氣相二氧化硅(SiO₂)中，并攪拌均勻，使混合溶液與氣相二氧化硅的質(zhì)量比為20:1，得到具有觸變性能的溶膠。

步驟2：利用機器人點膠機驅(qū)動醫(yī)用注射器連接移液管滴頭擠出溶膠，調(diào)節(jié)XY軸平臺移動速率為180mm/min，Z軸步進高度為0.3mm，點膠機擠出體積流率為1.0mm³/s，3D成型得到溶膠支架樣品。

步驟3：支架后處理

將溶膠支架樣品放入濃度為0.1mol/L的CaCl₂溶液中12小時，使其充分交聯(lián)，然后再置于-25℃冷凍室冷凍20小時，取出后室溫解凍2小時，最后浸泡在去離子水中3個小時，得到水凝膠支架樣品。從去離子水中取出支架，發(fā)現(xiàn)支架出現(xiàn)大面積的坍塌和脹破，孔隙大小不均且有部分孔隙因凝膠纖維絲脹大而消失。

表1：PVA、SA與SA/PVA凝膠支架的線條直徑、線條間距、拉伸應(yīng)力及拉伸應(yīng)變。

通過以上比較例和實施例可以看出：

以上通過二氧化硅改性的四種不同配比的SA/PVA復(fù)合溶液均能通過機器人點膠機驅(qū)動醫(yī)用注射器來3D成型水凝膠支架，可方便的設(shè)計支架的外部形貌、精細(xì)的調(diào)控支架內(nèi)部空隙的貫通，同時制備過程中沒有引入其他有害的化學(xué)品，保留SA/PVA水凝膠無毒、機械性能優(yōu)良、吸水率高和生物相容性好等良好性能。