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ETH Zurich秦曉華團(tuán)隊(duì)Angew：用于快速雙光子減法生物制造的香豆素基光降解水凝膠

發(fā)表時(shí)間 ：2024-07-22 作者 ：高分子科學(xué)前沿 來源 ：高分子科學(xué)前沿

雙光子光降解水凝膠允許研究者在時(shí)間和空間尺度上精確控制細(xì)胞行為，在組織工程、類器官培養(yǎng)等領(lǐng)域受到越來越多的關(guān)注。目前制備光降解水凝膠的方法主要是將光裂解發(fā)色團(tuán)嵌入到水凝膠網(wǎng)絡(luò)中，即在光裂解發(fā)色團(tuán)上修飾兩個(gè)反應(yīng)性基團(tuán) ——一個(gè)用于連接到聚合物鏈端（如：PEG），另一個(gè)為可聚合基團(tuán) （如：丙烯酸酯或疊氮）用于后續(xù)的交聯(lián)反應(yīng)。目前已報(bào)道的光降解發(fā)色團(tuán)主要局限于鄰硝基苯醚和香豆素，但由于其雙光子吸收截面小，雙光子光降解水凝膠仍局限在低速圖案化。迄今為止，用于快速雙光子減法生物制造的水凝膠生物材料鮮有報(bào)道。

瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院（ETH Zurich）秦曉華研究團(tuán)隊(duì)聯(lián)合廣東工業(yè)大學(xué)李治全教授等合作者，利用Passerini 多組分反應(yīng)成功地將具有較大雙光子吸收截面的長共軛香豆素發(fā)色團(tuán)成功引入到水凝膠網(wǎng)絡(luò)中，其在780 nm 雙光子激光下的降解效率遠(yuǎn)高于鄰硝基苯醚對照組，最高打印速度達(dá)到300 毫米每秒，最低激光功率降至10毫瓦，從而大幅提高了納米尺度加工效率及細(xì)胞相容性。


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圖1：利用多組分反應(yīng)合成高效光降解水凝膠體系。

該研究中，作者使用商用雙光子納米光刻機(jī)探究了不同實(shí)驗(yàn)組的打印性能，結(jié)果表明，長共軛香豆素基水凝膠表現(xiàn)出最優(yōu)異的性能，其在300 mm/s的打印速度和10 mW的激光強(qiáng)度下可以發(fā)生裂解，形成既定的復(fù)雜圖案。此外，作者成功驗(yàn)證了該香豆素基水凝膠支持復(fù)雜仿生微流控網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的打印。

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圖2：不同水凝膠體系的雙光子光降解性能比較：鄰硝基苯（PEG-NB-A），香豆素（PEG-C-A）及長共軛香豆素 （PEG-LC-A）。


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圖3：快速雙光子水凝膠用于高精度減法生物制造過程 （定向細(xì)胞遷移）。

最后，作者通過在細(xì)胞簇周圍打印微通道驗(yàn)證了報(bào)道的香豆素基水凝膠可以定向誘導(dǎo)細(xì)胞的快速遷移。該新型光降解水凝膠材料有望在雙光子高精度減法生物制造及復(fù)雜組織工程等領(lǐng)域找到新的應(yīng)用，進(jìn)而促進(jìn)前沿再生醫(yī)學(xué)技術(shù)的發(fā)展。

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來源：高分子科學(xué)前沿

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