3D打印高强度壳聚糖水凝胶支架

近年来，由于其出色的生物相容性，生物活性，生物降解性和无毒性，广泛存在于虾蟹等海洋节肢动物的甲壳和昆虫的甲壳中的天然水凝胶材料--壳聚糖受到了越来越广泛的关注，被认为是组织工程和再生医学中的一种较好的材料。然而，已报道的研究中，大多使用酸性溶液来溶解壳聚糖粉末，再通过以这种方式获得的壳聚糖水凝胶力学性能差，无法满足组织修复的需求。

近期EFL团队设计了一种不需要有机溶剂的壳聚糖墨水，通过碱/尿素水溶剂经过多次融冻循环来溶解壳聚糖，获得壳聚糖水凝胶，该墨水具有独特的温致凝胶特性，使得其能够使用埋入式高温凝固浴方法进行打印。而在凝胶化过程中，溶液中的壳聚糖分子会自组装成致密的纳米纤维网络，这使得其拥有比酸性溶液制备的壳聚糖水凝胶更杰出的力学性能，满足组织修复的需求。配合EFL的生物3D打印机，复杂的高强度壳聚糖水凝胶支架可以轻松打印。

除了系统地研究高强度壳聚糖水凝胶的打印工艺和力学性能外，我们还进行了相应的体外细胞实验和动物实验来证明其生物相容性和在组织修复中应用的前景。结果表明，HUVECs细胞可以在打印的支架上顺利生长和增殖，而小鼠皮肤的修复结果也进一步证实了打印的高强度壳聚糖水凝胶支架出色的生物相容性。考虑到强度满足要求，制造过程未引入有机溶剂，这种高强度壳聚糖水凝胶有望成为一种理想的组织修复材料。

题为“3D Printing of High Strength Chitosan Hydrogel Scaffolds without any Organic Solvents”的论文已在线发表在Biomaterials Science，周璐瑜硕士生为第一作者，博士生Hamed Ramezani为共同一作，贺永教授及傅建中教授为通讯作者。特别致谢武大化学学院蔡杰教授一些有益的讨论，也感谢蔡教授及张俐娜院士团队壳聚糖绿色利用方面杰出工作的启发。

图1 高强度壳聚糖水凝胶墨水的配制和打印原理

图2 高强度壳聚糖水凝胶打印的工艺参数和打印的复杂结构

图3 高强度壳聚糖水凝胶的力学性能

图4 高强度壳聚糖水凝胶的生物相容性

图5 打印的壳聚糖水凝胶支架进行皮肤修复

论文链接：https://doi.org/10.1039/D0BM00896F