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《國際要聞》新生物列印材料能兼顧形狀與機械性能 突破傳統生物墨水瓶頸
2022-09-22

賓州州立大學研究團隊開發新生物列印材料,能夠保持理想形狀與機械性能。(Photo credit: Penn state university and Prof. Amir Sheikhi)

美國賓州州立大學的研究團隊開發一款顆粒狀的水凝膠(granular hydrogel),它同時包含水凝膠微粒子與自組裝奈米粒子,非常適合用於生物列印技術中。透過將奈米粒子被吸附在水凝膠微粒子上,並反向的相黏在一起,提供一個能夠進行生物列印的凝膠結構,而其多孔特性能夠允許細胞存活,並能保持理想的形狀與機械性能。傳統的水凝膠由受水包圍的長聚合物鏈相互連接組成,需要在多孔性與保持形狀的能力之間進行選擇。與此不同的是,這個新生物墨水找到一個甜蜜點,允許多孔性和形狀的保真度。

生物列印能解決移植物短缺的醫療痛點。簡單的生物列印出一個新的器官更能徹底改變我們提供移植後的病人的給藥方針,如: 無需使用免疫抑制劑。然而,列印出組織與器官並不是一件小事,目前科學界正在致力於大量的研究微調這些生物列印墨水的特性,找出最適合的材料。

到目前為止,許多生物墨水皆由大塊的水凝膠組成。這些傳統的材料通常包含一個以長聚合物鏈組成的網路。其中注入了大量的水,雖然材料可以被調整用以保持列印後的形狀,但通常會導致孔隙率降低,這限制了攜帶營養物質和含氧的生物液體流入凝膠內。這基本上意味著傳統水凝膠生物列印出的組織與器官必須從機械性能與能夠支持細胞存活的能力之中妥協某些部分的能力。

「使用傳統散裝水凝膠的生物列印主要的限制是形狀的保真度與細胞存活力之間的平衡,這是由水凝膠的硬度與孔隙所調節的。增加水凝膠的硬度可以提高生物列印組織或器官的形狀保真度,但卻也降低了孔隙率,損害了細胞生存的能力。」參與這項研究的Amir Sheikhi助理教授說道。

為了解決這個問題,這個研究團隊已經轉向使用另一種水凝膠材料。它由擠成球狀的小顆粒凝膠微球組成,與能夠自體組裝的奈米顆粒混合。微球是具黏性的,在列印時將自組裝奈米粒子與微球結合並包裝在一起,形成一個內聚合形狀。這種混合物形成了一種新的多孔凝膠卻仍然能保時形狀。

「我們的生物墨水的開發基於一個原則,讓奈米顆粒可以吸附在聚合物微球凝膠表面,並能反向地與其他微球凝膠互相黏接,同時不充填微凝膠之間的空隙。反向的黏附機制是基於異質帶電的奈米顆粒將鬆散的微球凝膠帶來動態結合。這種動態結合可以在施加剪切力時斷裂,使微球凝膠懸浮液的3D生物列印不會過於密集,而影響其特性。」Amir Sheikhi助理教授解釋道。

(來源:Medgadget 生策中心編譯)

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