3D打印高強(qiáng)度殼聚糖水凝膠支架

來源： EngineeringForLife

近年來，由于其出色的生物相容性，生物活性，生物降解性和無毒性，廣泛存在于蝦蟹等海洋節(jié)肢動(dòng)物的甲殼和昆蟲的甲殼中的天然水凝膠材料--殼聚糖受到了越來越廣泛的關(guān)注，被認(rèn)為是組織工程和再生醫(yī)學(xué)中的一種較好的材料。然而，已報(bào)道的研究中，大多使用酸性溶液來溶解殼聚糖粉末，再通過以這種方式獲得的殼聚糖水凝膠力學(xué)性能差，無法滿足組織修復(fù)的需求。

近期EFL團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種不需要有機(jī)溶劑的殼聚糖墨水，通過堿/尿素水溶劑經(jīng)過多次融凍循環(huán)來溶解殼聚糖，獲得殼聚糖水凝膠，該墨水具有獨(dú)特的溫致凝膠特性，使得其能夠使用埋入式高溫凝固浴方法進(jìn)行打印。而在凝膠化過程中，溶液中的殼聚糖分子會(huì)自組裝成致密的納米纖維網(wǎng)絡(luò)，這使得其擁有比酸性溶液制備的殼聚糖水凝膠更杰出的力學(xué)性能，滿足組織修復(fù)的需求。配合EFL的生物3D打印機(jī)，復(fù)雜的高強(qiáng)度殼聚糖水凝膠支架可以輕松打印。

除了系統(tǒng)地研究高強(qiáng)度殼聚糖水凝膠的打印工藝和力學(xué)性能外，我們還進(jìn)行了相應(yīng)的體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)來證明其生物相容性和在組織修復(fù)中應(yīng)用的前景。結(jié)果表明，HUVECs細(xì)胞可以在打印的支架上順利生長和增殖，而小鼠皮膚的修復(fù)結(jié)果也進(jìn)一步證實(shí)了打印的高強(qiáng)度殼聚糖水凝膠支架出色的生物相容性?？紤]到強(qiáng)度滿足要求，制造過程未引入有機(jī)溶劑，這種高強(qiáng)度殼聚糖水凝膠有望成為一種理想的組織修復(fù)材料。

題為“3D Printing of High Strength Chitosan Hydrogel Scaffolds without any Organic Solvents”的論文已在線發(fā)表在Biomaterials Science，周璐瑜碩士生為第一作者，博士生Hamed Ramezani為共同一作，賀永教授及傅建中教授為通訊作者。特別致謝武大化學(xué)學(xué)院蔡杰教授一些有益的討論，也感謝蔡教授及張俐娜院士團(tuán)隊(duì)殼聚糖綠色利用方面杰出工作的啟發(fā)。

圖1 高強(qiáng)度殼聚糖水凝膠墨水的配制和打印原理

圖2 高強(qiáng)度殼聚糖水凝膠打印的工藝參數(shù)和打印的復(fù)雜結(jié)構(gòu)

圖3 高強(qiáng)度殼聚糖水凝膠的力學(xué)性能

圖4 高強(qiáng)度殼聚糖水凝膠的生物相容性

圖5 打印的殼聚糖水凝膠支架進(jìn)行皮膚修復(fù)

論文鏈接：

https://doi.org/10.1039/D0BM00896F