投影式光固化3D打印用于定制功能性微凝膠

可注射的微凝膠在基因治療、組織工程和細(xì)胞治療等多個(gè)領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用，但是現(xiàn)有制備定制微凝膠的技術(shù)太復(fù)雜且耗時(shí)。四川大學(xué)茍馬玲教授團(tuán)隊(duì)發(fā)表在“ACS Applied Materials & Interfaces”上的“3D Printing Enabled Customization of Functional Microgels”一文中，研究人員通過使用投影式光固化3D打印工藝制造出了具有定制形狀和尺寸的微凝膠結(jié)構(gòu)。這些制造出的微凝膠結(jié)構(gòu)因其包裹有納米顆粒的藥物，從而具有持續(xù)藥物釋放的功能。同樣地，研究人員通過使用該技術(shù)制造出包裹細(xì)胞的微凝膠結(jié)構(gòu)，并最終驗(yàn)證了其中所包裹的細(xì)胞具有生存和增殖能力。

首先，研究人使用光固化投影3D打印技術(shù)制備了微凝膠（圖1）。出于對(duì)細(xì)胞和藥物損傷的考慮，研究人員選擇了405 nm可見光來打印各種形狀的微凝膠3D結(jié)構(gòu)，并通過觀察微凝膠注射前后的形態(tài)變化，證實(shí)了注射器的機(jī)械擠壓對(duì)微凝膠的形狀不會(huì)產(chǎn)生明顯影響。

圖1 微凝膠的打印原理圖及打印效果

隨后研究人員對(duì)打印出的微凝膠結(jié)構(gòu)生物降解性和生物相容性進(jìn)行了測(cè)量（圖2），結(jié)果表明打印出的微凝膠具有緩慢降解的特性且毒性較小。通過分析細(xì)胞與微凝膠的粘附效果可看出打印的微凝膠結(jié)構(gòu)具有良好的生物相容性。

圖2 微凝膠的生物降解性及生物相容性測(cè)試

接下來研究人員將納米粒子和微凝膠進(jìn)行混合制備出納米復(fù)合材料的微凝膠（圖3），實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明納米粒子可以均勻分布在微凝膠結(jié)構(gòu)中。隨后，研究人員對(duì)打印結(jié)構(gòu)中納米顆粒的體外釋放進(jìn)行了研究（圖4）。研究結(jié)果顯示在釋放期間上清液中存在納米顆粒，這表明了微凝膠納米復(fù)合材料可以釋放納米顆粒。

圖3 納米復(fù)合材料微凝膠的制備

圖4 納米復(fù)合材料微凝膠的藥物釋放原理

最后研究人員將載細(xì)胞生物墨水制備成微凝膠結(jié)構(gòu)，并對(duì)其中細(xì)胞的存活及增殖進(jìn)行了表征（圖5）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明細(xì)胞均勻分布于微凝膠中，經(jīng)7天培養(yǎng)后依然保持較高的細(xì)胞活性，經(jīng)14天培養(yǎng)后細(xì)胞數(shù)量增至1.8倍。

圖5 載細(xì)胞微凝膠結(jié)構(gòu)的制備及表征

綜上所述，該研究提供了一種基于光固化投影3D打印技術(shù)定制功能性微凝膠結(jié)構(gòu)的快速制備方法，并通過摻入納米顆粒和細(xì)胞使微凝膠功能化，經(jīng)過制備所得到的微凝膠可用于包裹藥物、蛋白質(zhì)、細(xì)胞等生物分子。該研究有助于開發(fā)新的血管疾病治療方法，并在藥物輸送、細(xì)胞包覆、納米反應(yīng)器和生物傳感器等研究領(lǐng)域中具有巨大的潛力。

論文鏈接：
https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsami.8b18701