布朗大學博士研制可降解3D打印水凝膠，應用廣泛

據南極熊了解，近日，美國布朗大學的博士生Thomas Valentin和同事將二價陽離子溶解到海藻酸鹽溶液中，生成了一種非共價鍵水凝膠，而它對多類刺激都有反應。用藻類的相容性材料來創(chuàng)建臨時有序結構，這樣可以進一步生成更復雜結構的模板結構。研究人員通過創(chuàng)建微流體通道展示了這一過程的多功能性，同時發(fā)現了可降解的屏障來引導細胞遷移。

▲布朗大學的標志印在藻酸鹽水凝膠上

水凝膠是高含水量的具有交聯(lián)網絡結構的聚合物，而且在許多不同領域的研究中有重要應用。盡管含有大量的水，但是由于交聯(lián)聚合物鏈之間具有很強的相互作用，水凝膠將表現出固體特性行為。但是，由于缺乏對這些交聯(lián)聚合物網絡內部結構控的了解，水凝膠的使用受到了極大限制。

Valentin和他的同事們用海藻酸鹽、金屬陽離子鹽和敏光引發(fā)劑制備水凝膠。當用激光照射時，敏光引發(fā)劑使金屬鹽溶解在溶液中，產生游離的金屬陽離子。這些陽離子與聚合物結合，而且由于它們之間的電荷作用，促進了聚合物鏈之間的離子交聯(lián)。水凝膠的連續(xù)層可以通過
photopatterning這種“自下而上”技術交聯(lián)，有利于產生3D結構。對凝膠成分進行優(yōu)化后，研究人員使用光基3D打印技術制作了高度為1.7mm、垂直分辨率為250μm的階梯式結構。

與聚合物之間永久共價鍵的常規(guī)交聯(lián)路線方式相反，水凝膠的離子交聯(lián)是完全可逆的，這使得水凝膠材料能夠根據需要隨時快速降解。由于這種電荷相互作用是完全可逆的，所以通過螯合作用，離子與金屬結合。向溶液中加入螯合劑，可以解離與聚合物結合的金屬陽離子，從而破壞交聯(lián)以及水凝膠網絡。

采用這種新方法，藻酸鹽凝膠成功地模板化了二次材料；瓊脂糖是一種來自海藻的水凝膠。在藻酸鹽凝膠內，瓊脂糖在成型的凝膠周圍凝膠化，加入螯合劑可降解藻酸鹽凝膠結構，而瓊脂糖凝膠并不受此過程的影響，所以結構和性能都維持原來的樣子。第一作者Ian Wong將制備與降解過程描述為“有點像樂高積木”。我們可以將聚合物連接在一起構建三維結構，然后在生物相容性條件下再次悄悄地分離它們。

通過利用材料的生物相容性，并控制藻酸鹽水凝膠的成型與降解，揭示了乳腺細胞中新細胞的遷移行為。藻酸鹽水凝膠中成型的結構在空間上將網絡內的細胞生長限制到某些區(qū)域，隨后藻酸鹽降解，將未占據的區(qū)域提供給進入的細胞。細胞的行為表明，最前面細胞的遷移有理順細胞成型初始幾何形狀的作用。兩天內細胞通過移動占據所有可用區(qū)域，在整個成型和降解過程中顯示，細胞活力不會明顯衰減。

未來的工作計劃是提高空間分辨率，以及控制機械性能和降解動力學。成型凝膠3D技術的發(fā)展也為其他離子交聯(lián)凝膠打開了大門，以這種方式成型，革新了許多不同領域的研究方向。

來源： 材料科技在線
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