英国伯明翰大学：用3D打印新技术打印宿主活细胞的水凝胶结构

TIMEDOO肽度（微信号：Time-doo）获悉，水凝胶是当今生物医学研究中最热门的材料之一，它们是生物相容的，具有软组织的粘稠的一致性，并且它们可以被修补以容纳活细胞，输送药物，并希望有一天可以作为疾病组织和器官的替代物。
然而，水凝胶独特的轻质和柔软性导致难以三维打印其结构以及里面的活细胞。因为它们倾向于下垂，并且在不破坏水凝胶的一些固有特性的情况下提供内部支撑是非常困难的。
现在，英国伯明翰大学的研究人员提出了一种3D打印技术，可以用来打印水凝胶中的结构，否则水凝胶很容易变形。这可以提供一种更准确和可预测的方法来创建活组织，实际上可以保持它们的一致性和内部结构。
通常，当在水凝胶内打印时，水凝胶会被混合成浆料。印刷材料被注入浆料中，但注射过程使墨水从凝胶中扩散出来，并且在墨水放置的地方，没有真正的支撑使它们留下来。
英国伯明翰团队提出了一种独特的聚合物水凝胶配方，这种聚合物水凝胶可以在注射3D打印材料的地方精确自我愈合，在这个过程中创造出坚固的结构。这种魔力是由于凝胶过程中创新地使用剪切力来实现的。
研究小组正在研究的凝胶中的颗粒可以几乎完全从凝胶的其余部分分离，但仍然保持适度的左右力，在注射压力减轻后变得更强。而其他凝胶更脆，很容易松开或撕裂，例如明胶。这种新的凝胶具有独特的分子稠度，提供了自我愈合的能力。
伯明翰大学的格罗弗教授解释说：“我们设计的水凝胶具有一些非常有趣的特性，可以让我们以非常精细地打印出柔软的材料。”伯明翰大学的格罗弗教授是研究带头人之一。“它在制造替代生物材料，如心脏瓣膜或血管，或生产可用于治疗骨和软骨损伤的生物相容性材料方面具有巨大的潜力。”

更多信息请查看：Journal Advanced Functional Materials: Fabrication of Complex Hydrogel Structures Using Suspended Layer Additive Manufacturing (SLAM)

据肽度记者了解，生物材料3D打印技术在国内也是紧跟国际水平，近年来，水凝胶尤其是超韧水凝胶在细胞培养、组织工程、软机器人以及离子器件等领域的应用得到极大发展。水凝胶材料在应用方面的迅速发展驱动人们去寻求制作复杂水凝胶结构的先进制造方法。现有的水凝胶三维打印技术对水凝胶预溶液的物理和化学性质以及打印的水凝胶结构存在诸多限制。

西安交通大学机械结构强度与振动国家重点实验室建立了软机器实验室。近日，实验室研究人员提出了利用电容器边缘效应来大规模制备液体图案的新方法，通过将电场控制液体图形化与逐层叠加过程相结合，建立了水凝胶三维打印系统。该技术适用于各种物化性质水凝胶，无需额外混入添加组分，克服了现有技术的局限性。实现了水凝胶支架、温度敏感的水凝胶复合材料和高完整性离子水凝胶显示装置等的3D打印。该技术为使用多种材料成分和复杂几何结构的水凝胶快速成型提供了新手段。

上述研究成果在线发表在国际知名杂志《科学》的子刊《科学·进展》（Science Advances，影响因子11.5），论文题目为《利用电容边缘效应实现水凝胶3D打印》（Hydrogel 3D printing with the capacitor edge effect）。西安交大机械结构强度与振动国家重点实验室是唯一通讯单位，硕士研究生王继堃与青年教师卢同庆副教授为论文共同第一作者，王铁军教授为论文通讯作者。

航天航空学院软机器实验室常年面向校内本科生开放研究课题，近年来产出Science Adv.,Adv.Mater.,Nature Commun.,JMPS等一系列高水平研究论文。该论文作者之一孙丹琪为航天学院在校本科生。

文章链接：

http://advances.sciencemag.org/content/5/3/eaau8769

编辑|李咏欣