3D列印高強度殼聚糖水凝膠支架

2020-12-27 騰訊網

近年來，由於其出色的生物相容性，生物活性，生物降解性和無毒性，廣泛存在於蝦蟹等海洋節肢動物的甲殼和昆蟲的甲殼中的天然水凝膠材料--殼聚糖受到了越來越廣泛的關注，被認為是組織工程和再生醫學中的一種較好的材料。然而，已報導的研究中，大多使用酸性溶液來溶解殼聚糖粉末，再通過以這種方式獲得的殼聚糖水凝膠力學性能差，無法滿足組織修復的需求。

近期EFL團隊設計了一種不需要有機溶劑的殼聚糖墨水，通過鹼/尿素水溶劑經過多次融凍循環來溶解殼聚糖，獲得殼聚糖水凝膠，該墨水具有獨特的溫致凝膠特性，使得其能夠使用埋入式高溫凝固浴方法進行列印。而在凝膠化過程中，溶液中的殼聚糖分子會自組裝成緻密的納米纖維網絡，這使得其擁有比酸性溶液製備的殼聚糖水凝膠更傑出的力學性能，滿足組織修復的需求。配合EFL的生物3D印表機，複雜的高強度殼聚糖水凝膠支架可以輕鬆列印。

除了系統地研究高強度殼聚糖水凝膠的列印工藝和力學性能外，我們還進行了相應的體外細胞實驗和動物實驗來證明其生物相容性和在組織修復中應用的前景。結果表明，HUVECs細胞可以在列印的支架上順利生長和增殖，而小鼠皮膚的修復結果也進一步證實了列印的高強度殼聚糖水凝膠支架出色的生物相容性。考慮到強度滿足要求，製造過程未引入有機溶劑，這種高強度殼聚糖水凝膠有望成為一種理想的組織修復材料。

題為「3D Printing of High Strength Chitosan Hydrogel Scaffolds without any Organic Solvents」的論文已在線發表在Biomaterials Science，周璐瑜碩士生為第一作者，博士生Hamed Ramezani為共同一作，賀永教授及傅建中教授為通訊作者。特别致謝武大化學學院蔡傑教授一些有益的討論，也感謝蔡教授及張俐娜院士團隊殼聚糖綠色利用方面傑出工作的啟發。

圖1 高強度殼聚糖水凝膠墨水的配製和列印原理

圖2 高強度殼聚糖水凝膠列印的工藝參數和列印的複雜結構

圖3 高強度殼聚糖水凝膠的力學性能

圖4 高強度殼聚糖水凝膠的生物相容性

圖5 列印的殼聚糖水凝膠支架進行皮膚修復

論文連結：

https://doi.org/10.1039/D0BM00896F

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