蘆薈/纖維素納米纖維生物水凝膠的直接墨水書寫

供稿人：楊帆 高琳 供稿單位：西安交通大學(xué)機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

水凝膠是一種聚合物3D結(jié)構(gòu)，可以保存和釋放大量的水或生物液體（高達(dá)其干重的數(shù)千倍）。這類材料具有可調(diào)節(jié)的機(jī)械性能、高孔隙率和軟一致性，是許多生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中的通用生物材料，包括藥物輸送、組織工程、再生醫(yī)學(xué)和傷口敷料。與大多數(shù)合成生物材料相比，考慮到其力學(xué)性能，它們與細(xì)胞外基質(zhì)和組織的結(jié)構(gòu)相似。因此，水凝膠已成為現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)研究的熱點(diǎn)。以植物為主要原料的天然水凝膠——生物水凝膠，因其親水性、生物相容性、無(wú)毒性等固有優(yōu)勢(shì)而受到越來(lái)越多的關(guān)注。

蘆薈凝膠具有內(nèi)在愈合特性、消炎、抗菌和抗菌活性，纖維素具有良好的機(jī)械強(qiáng)度、生物相容性、生物降解性、可修飾的表面化學(xué)等材料特性。直接墨水書寫技術(shù)（DIW）以其墨水消耗量低、成本低及容易改變數(shù)字打印圖案等優(yōu)點(diǎn)在水凝膠3D打印領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。阿爾托大學(xué)的研究人員將蘆薈凝膠和纖維素納米纖維兩種多糖進(jìn)行混合，對(duì)復(fù)合水凝膠的粘彈性進(jìn)行了深入研究，以考察其可印刷性。最終，晶格幾何形狀、被直接墨水書寫技術(shù)（DIW）以高保真的形狀精確打印出來(lái)（圖1），使用氯化鈣進(jìn)行物理交聯(lián)，并評(píng)估了它們的物理機(jī)械特性。

圖1 交聯(lián)前（濕態(tài)）和交聯(lián)后（凍干和室溫干燥）的3D打印結(jié)構(gòu)。為了更好說(shuō)明，墨水中加入了可食用的顏色。

這種蘆薈/纖維素納米纖維復(fù)合凝膠表現(xiàn)出了優(yōu)異的粘彈性，能夠通過(guò)直徑為630μm的噴嘴擠出細(xì)絲。由于納米纖維和微纖維纖維素的高縱橫比，3D打印結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出顯著的濕穩(wěn)定性，避免了擠出時(shí)凝膠的膨脹/收縮等問(wèn)題。此外，所有打印樣品的孔隙率都高于80%，具有較高的吸水能力（高達(dá)46克/克）和保持能力。總之，目前的研究證實(shí)了蘆薈/纖維素納米纖維生物水凝膠的直接墨水書寫具有打印復(fù)雜幾何形狀的可能性，這些完全基于生物的、多孔的、濕穩(wěn)定的3D結(jié)構(gòu)可能在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：
Baniasadi H, Ajdary R , Trifol J, et al. Direct ink writing of Aloe vera/cellulose nanofibrils bio-hydrogels[J]. Carbohydrate Polymers, 2021, 266(September 2019).