投影式光固化3D打印用于定制功能性微凝胶

可注射的微凝胶在基因治疗、组织工程和细胞治疗等多个领域中广泛应用，但是现有制备定制微凝胶的技术太复杂且耗时。四川大学苟马玲教授团队发表在“ACS Applied Materials & Interfaces”上的“3D Printing Enabled Customization of Functional Microgels”一文中，研究人员通过使用投影式光固化3D打印工艺制造出了具有定制形状和尺寸的微凝胶结构。这些制造出的微凝胶结构因其包裹有纳米颗粒的药物，从而具有持续药物释放的功能。同样地，研究人员通过使用该技术制造出包裹细胞的微凝胶结构，并最终验证了其中所包裹的细胞具有生存和增殖能力。

首先，研究人使用光固化投影3D打印技术制备了微凝胶（图1）。出于对细胞和药物损伤的考虑，研究人员选择了405 nm可见光来打印各种形状的微凝胶3D结构，并通过观察微凝胶注射前后的形态变化，证实了注射器的机械挤压对微凝胶的形状不会产生明显影响。

图1 微凝胶的打印原理图及打印效果

随后研究人员对打印出的微凝胶结构生物降解性和生物相容性进行了测量（图2），结果表明打印出的微凝胶具有缓慢降解的特性且毒性较小。通过分析细胞与微凝胶的粘附效果可看出打印的微凝胶结构具有良好的生物相容性。

图2 微凝胶的生物降解性及生物相容性测试

接下来研究人员将纳米粒子和微凝胶进行混合制备出纳米复合材料的微凝胶（图3），实验结果表明纳米粒子可以均匀分布在微凝胶结构中。随后，研究人员对打印结构中纳米颗粒的体外释放进行了研究（图4）。研究结果显示在释放期间上清液中存在纳米颗粒，这表明了微凝胶纳米复合材料可以释放纳米颗粒。

图3 纳米复合材料微凝胶的制备

图4 纳米复合材料微凝胶的药物释放原理

最后研究人员将载细胞生物墨水制备成微凝胶结构，并对其中细胞的存活及增殖进行了表征（图5）。实验结果表明细胞均匀分布于微凝胶中，经7天培养后依然保持较高的细胞活性，经14天培养后细胞数量增至1.8倍。

图5 载细胞微凝胶结构的制备及表征

综上所述，该研究提供了一种基于光固化投影3D打印技术定制功能性微凝胶结构的快速制备方法，并通过掺入纳米颗粒和细胞使微凝胶功能化，经过制备所得到的微凝胶可用于包裹药物、蛋白质、细胞等生物分子。该研究有助于开发新的血管疾病治疗方法，并在药物输送、细胞包覆、纳米反应器和生物传感器等研究领域中具有巨大的潜力。

论文链接：
https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsami.8b18701