茶多酚處理顯著增強水凝膠的力學(xué)性能，3D打印天然聚合物支架力學(xué)性能得到強化

供稿人：焦天 連芩 供稿單位：西安交通大學(xué)機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室　


天然高分子水凝膠具有生物安全性，是一類不可替代的生物材料，然而，其較差的力學(xué)強度嚴重限制了其作為結(jié)構(gòu)組織工程支架的應(yīng)用。

為解決天然高分子水凝膠力學(xué)性能差的問題，天津大學(xué)的Wu Tengling等人從中國傳統(tǒng)小吃茶葉蛋得到啟發(fā)，只需簡單地浸泡在茶葉中，就可以使蛋白質(zhì)凝膠硬化。主要是茶葉中含有一種叫做茶多酚的物質(zhì)，通過茶多酚與聚合物的氫鍵作用可以增強水凝膠的力學(xué)性能。

該團隊對GelMA（甲基丙烯酸�；�明膠）和瓊脂糖水凝膠進行了茶多酚處理。經(jīng)茶多酚處理天然聚合物水凝膠的力學(xué)性能顯著增強，與原始水凝膠相比，其拉伸/壓縮強度、楊氏模量、斷裂伸長率和斷裂韌性分別增加了19/30、8.4、6.1、72倍。經(jīng)茶多酚處理的天然聚合物水凝膠可以抵抗不同的大變形。在水溶液中，經(jīng)茶多酚處理的天然聚合物水凝膠水凝膠雖然隨著茶多酚的釋放強度有所下降，但仍能保持較強的力學(xué)性能，其含水量、抗菌和抗氧化活性均有所提高。

圖1 茶多酚處理的水凝膠力學(xué)性能顯著增強

為了探究茶多酚處理的GelMA水凝膠對于創(chuàng)傷修復(fù)的效果。該團隊對SD大鼠的創(chuàng)傷分別使用3D打印的GelMA水凝膠和茶多酚處理的GelMA水凝膠進行覆蓋，另外設(shè)置未處理的傷口作為空白對照組。在移植后12天觀察傷口的愈合效果，結(jié)果顯示覆蓋經(jīng)過茶多酚處理的GelMA水凝膠的傷口愈合率顯著高于其他兩組，證明經(jīng)茶多酚處理的GelMA水凝膠可以促進全層皮膚缺損模型的傷口愈合。

通過茶多酚處理，薄弱的3D打印天然聚合物支架不僅力學(xué)性能得到了顯著強化，而且抗菌和抗氧化活性得到提高，增強了天然聚合物的能力，擴寬了其應(yīng)用范圍，該研究對于生物材料開發(fā)有著非常重要的意義。


參考文獻：

    Wu T, Cui C, Fan C, Xu Z, Liu Y, Liu W. Tea eggs-inspired high-strength natural polymer hydrogels. Bioactive materials, 2021, 6, 2820-2828.