傳統的生物墨水如GelMA、PEGDA和PNIPAM并不滿足DLP要求,殼聚糖(CHI)具有較好的生物相容性及可降解性質,運用于生物醫學領域。但是殼聚糖生物墨水固化速度較慢,在打印過程中難以維持框架結構。通過一步法合成能光固化的甲基丙烯?;瘹ぞ厶牵?/font>CHI-MA),同時對CHI-HA的綜合性質進行評估,是可用于DLP的合適材料。
,通過殼聚糖上的氨基與甲基丙烯酸酐反應形成CHI-MA,該殼聚糖的衍生物具備水溶性及紫外交聯性質。CHI-MA中加入光引發劑LAP后,在波長為405 nm的藍光下可實現固化,避免紫外光對生物墨水中細胞的損傷。
CHI及CHI-MA的XRD圖提示CHI-MA中原本殼聚糖上的大量氫鍵被(Fig. 2A)。氫核磁共振光譜(1H NMR)及紅外光譜(FTIR)結果提示CHI上成功修飾了MA(Fig. 2B, C)。材料的取代度與材料溶解性、交聯及力學性能相關。通過分析發現CHI-MA的取代度與加入的MA比例正相關(Fig. 2D)
生物墨水的流變性能及光固化速率是其成功打印的前提。研究人員發現在中性溶液中,當CHI-MA的取代度從11.7%增加到33.6%時,其溶解率從7.5增加至32.0 mg/mL(增加了4.26倍)(Fig. 3A)。CHI-MA的固化是通過光聚合作用實現(Fig. 3B),并且固化時間隨著CHI-MA的取代度增加而縮短(Fig. 3C)。此外,CHI-MA的取代度也會影響其溶脹性能。該研究發現,當取代度增加時,溶脹率降低,表明高取代度的CHI-MA具備能在更短時間內維持結構穩定的特點(Fig. 3D)。
進一步對CHI-MA的生物相容性進行評估。細胞活死染色結果提示表明不同取代度的CHI-MA對細胞活性及形態均無影響(Fig. 5A, B)。此外,MTT結果表明CHI-MA對也無影響(Fig. 5C)。DLP過程中,光固化過程產生的自由基會損傷細胞。中,研究人員發現添加LAP光引發劑的情況下,光固化過程對細胞活性無影響。而添加I2959光引發劑的情況下,光固化過程損傷細胞(Fig. 5D)。
以CHI-MA作為生物墨水基于DLP的3D生物打印。用設計出3D結構模型(Fig. 6A)。隨后向DLP儀器中加入CHI-MA及LAP的混合物(Fig. 6B)。通過調整程序可改變打印結構的尺寸(Fig. 6C-F)。同時,研究人員對DLP構建的CHI-MA凝膠中細胞活性進行評價,活死染色結果提示細胞在CHI-MA凝膠中培養14天仍有較高活性(Fig. 6G-H)。
西安齊岳生物是集化學科研和定制與一體的化學公司,可以提供3D打印結合生物墨水材料,為打印出的細胞或提供更接近體內的生長環境,可應用于再生和工程中心臟、皮膚、軟骨、骨骼等構建;以及體外檢測模型構建,來進行科研代謝和篩選、化妝品檢測、生物材料和干細胞的體外分化等研究。
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