蘭州化物所發展出3D打印物理交聯水凝膠支架
發表時間：2019年03月21日瀏覽量：
來源：固體潤滑國家重點實驗室
水凝膠具有高的水含量和豐富的理化性能，在生物醫學領域具有重要應用價值。三維水凝膠支架具有可控的結構、尺寸和孔隙，能夠為細胞的增殖分化提供合適的微環境，進而高效地實現組織的修復和再生。近年來，基于3D打印技術（也被稱為增材制造）在結構成型方面的顯著優勢，使其在構筑復雜的三維水凝膠支架方面表現出巨大的潛能，但是目前光交聯水凝膠打印體系在生物兼容性和生物活性方面受到限制。
近日，中國科學院蘭州化學物理研究所王曉龍研究員團隊，基于生物兼容的人工合成高分子和天然活性大分子制備物理交聯水凝膠的策略，成功開發了聚乙烯醇（PVA）+κ-卡拉膠的復配水凝膠墨水。借助墨水直寫（Direct ink writing）打印技術，實現了復雜水凝膠結構的精細打印制備，包括水凝膠管、三維支架以及耳朵等。通過冷凍-解凍循環后處理技術，在水凝膠結構中形成物理交聯網絡，從而制備出高強度、耐溶脹的水凝膠。更重要的是，該水凝膠經純物理過程制備，沒有反應副產物或者殘余有毒物質，并且κ-卡拉膠具有良好的生物活性，所制備的三維水凝膠支架可以直接用于3D細胞培養，在骨組織再生、皮膚修復方面具有重要的應用價值。
水凝膠具有高的水含量和豐富的理化性能，在生物醫學領域具有重要應用價值。三維水凝膠支架具有可控的結構、尺寸和孔隙，能夠為細胞的增殖分化提供合適的微環境，進而高效地實現組織的修復和再生。近年來，基于3D打印技術（也被稱為增材制造）在結構成型方面的顯著優勢，使其在構筑復雜的三維水凝膠支架方面表現出巨大的潛能，但是目前光交聯水凝膠打印體系在生物兼容性和生物活性方面受到限制。
近日，中國科學院蘭州化學物理研究所王曉龍研究員團隊，基于生物兼容的人工合成高分子和天然活性大分子制備物理交聯水凝膠的策略，成功開發了聚乙烯醇（PVA）+κ-卡拉膠的復配水凝膠墨水。借助墨水直寫（Direct ink writing）打印技術，實現了復雜水凝膠結構的精細打印制備，包括水凝膠管、三維支架以及耳朵等。通過冷凍-解凍循環后處理技術，在水凝膠結構中形成物理交聯網絡，從而制備出高強度、耐溶脹的水凝膠。更重要的是，該水凝膠經純物理過程制備，沒有反應副產物或者殘余有毒物質，并且κ-卡拉膠具有良好的生物活性，所制備的三維水凝膠支架可以直接用于3D細胞培養，在骨組織再生、皮膚修復方面具有重要的應用價值。
圖 13D打印高強度物理交聯水凝膠及生物支架應用
該方法還可以拓展至其他的水凝膠體系，包括殼聚糖、明膠和瓊脂等。進一步研究具有優良機械性能、生物兼容性和生物活性的水凝膠，并結合先進的3D打印技術，有望為組織工程、藥物釋放、骨再生以及醫學植入體等方面提供重要的機遇。
上述工作在線發表在Biomaterials Science（DOI：10.1039/c9bm00081j）。該工作得到了國家重大研發計劃（2016YFC1100401），國家自然科學基金（51775538，51828302），甘肅省重大專項（18ZD2WA011）、重點研發（17YF1FA139）、自然科學基金（17JR5RA318）和蘭州創新創業人才（2016-RC-74）等項目的支持。
來源：固體潤滑國家重點實驗室
