3D生物打印新突破:可点击PEG水凝胶微球引领再生制造

在组织工程和再生医学领域，三维（3D）生物打印技术因其能够制造复杂的组织结构而备受关注。然而，生物打印中使用的生物墨水需要在快速固化和细胞相容性之间找到平衡，这一直是个挑战。近日，德克萨斯A&M大学的研究团队开发了一种新型生物墨水——基于聚（乙二醇）（PEG）微凝胶，通过非化学计量的硫–烯点击化学制备，为3D生物打印带来了新的可能性。

研究团队首先合成了四臂PEG-降冰片烯（PEG-Nb）大分子，并购买了PEG-二硫醇（PEG-DT）交联剂。通过电喷雾装置制备了不同尺寸和物理化学性质的PEG水凝胶微球。然后，优化了微凝胶生物墨水的打印参数，以实现3D结构的一致挤出和打印。

通过共聚焦显微镜观察微凝胶的形态，并使用Image-J软件测量尺寸。微凝胶的杨氏模量通过原子力显微镜（AFM）进行测试。

设计了3D打印模型，并将其转换为STL文件，然后通过3D打印机进行打印。研究了不同喷嘴尺寸对微凝胶挤出的影响，并打印了多种形状的结构，如蜂窝状和圆柱形。

在打印结构上添加PEG-DT和光引发剂溶液，然后通过紫外线照射进行光聚合，以将微凝胶连接在一起，提高结构的长期稳定性。

研究团队还评估了微凝胶生物墨水在打印过程中的细胞相容性，将人骨髓间充质干细胞（hMSCs）与微凝胶混合后进行打印，并在不同时间点评估细胞活性。

微电喷雾法成功制备了PEG微凝胶，通过调整电压、流速、针头规格和PEG-Nb的分子量，可以控制微凝胶的大小。

通过优化打印参数，研究团队实现了微凝胶的连续挤出和打印，打印出的结构展现出优异的稳定性。

研究团队使用微凝胶生物墨水打印了复杂的3D结构，如耳朵和鼻子模型，展现出高保真度和稳定性。同时，通过Live/Dead染色和荧光显微镜评估了打印结构中hMSCs的活性，结果显示细胞活性超过88%，证实了微凝胶生物墨水的细胞相容性。

这项研究报道了一种基于PEG微凝胶的新型生物墨水，它可以通过电喷雾和硫–烯点击化学轻松生产，快速稳定，并且可以通过第二次硫–烯点击反应进行退火，以实现长期稳定性。整个打印过程对细胞友好，为大规模人工组织或支架制造提供了一个有前景的平台。

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