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布朗大学博士研制可降解3D打印水凝胶应用广泛

http://www.printing.hc360.com2017年11月07日17:14 来源:材料科技在线T|T

    近日,美国布朗大学的博士生ThomasValentin和同事将二价阳离子溶解到海藻酸盐溶液中,生成了一种非共价键水凝胶,而它对多类刺激都有反应。用藻类的相容性材料来创建临时有序结构,这样可以进一步生成更复杂结构的模板结构。研究人员通过创建微流体通道展示了这一过程的多功能性,同时发现了可降解的屏障来引导细胞迁移。

    水凝胶是高含水量的具有交联网络结构的聚合物,而且在许多不同领域的研究中有重要应用。尽管含有大量的水,但是由于交联聚合物链之间具有很强的相互作用,水凝胶将表现出固体特性行为。但是,由于缺乏对这些交联聚合物网络内部结构控的了解,水凝胶的使用受到了极大限制。

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    Valentin和他的同事们用海藻酸盐、金属阳离子盐和敏光引发剂制备水凝胶。当用激光照射时,敏光引发剂使金属盐溶解在溶液中,产生游离的金属阳离子。这些阳离子与聚合物结合,而且由于它们之间的电荷作用,促进了聚合物链之间的离子交联。水凝胶的连续层可以通过

    photopatterning这种“自下而上”技术交联,有利于产生3D结构。对凝胶成分进行优化后,研究人员使用光基3D打印技术制作了高度为1.7mm、垂直分辨率为250μm的阶梯式结构。

    与聚合物之间永久共价键的常规交联路线方式相反,水凝胶的离子交联是完全可逆的,这使得水凝胶材料能够根据需要随时快速降解。由于这种电荷相互作用是完全可逆的,所以通过螯合作用,离子与金属结合。向溶液中加入螯合剂,可以解离与聚合物结合的金属阳离子,从而破坏交联以及水凝胶网络。

    采用这种新方法,藻酸盐凝胶成功地模板化了二次材料;琼脂糖是一种来自海藻的水凝胶。在藻酸盐凝胶内,琼脂糖在成型的凝胶周围凝胶化,加入螯合剂可降解藻酸盐凝胶结构,而琼脂糖凝胶并不受此过程的影响,所以结构和性能都维持原来的样子。第一作者IanWong将制备与降解过程描述为“有点像乐高积木”。我们可以将聚合物连接在一起构建三维结构,然后在生物相容性条件下再次悄悄地分离它们。

    通过利用材料的生物相容性,并控制藻酸盐水凝胶的成型与降解,揭示了乳腺细胞中新细胞的迁移行为。藻酸盐水凝胶中成型的结构在空间上将网络内的细胞生长限制到某些区域,随后藻酸盐降解,将未占据的区域提供给进入的细胞。细胞的行为表明,最前面细胞的迁移有理顺细胞成型初始几何形状的作用。两天内细胞通过移动占据所有可用区域,在整个成型和降解过程中显示,细胞活力不会明显衰减。

    未来的工作计划是提高空间分辨率,以及控制机械性能和降解动力学。成型凝胶3D技术的发展也为其他离子交联凝胶打开了大门,以这种方式成型,革新了许多不同领域的研究方向。

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