ETH Zurich秦曉華團隊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(lái)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胞行為，在組織工程、類(lèi)器官培養等領(lǐng)域受到越來(lái)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)色團嵌入到水凝膠網(wǎng)絡(luò )中，即在光裂解發(fā)色團上修飾兩個(gè)反應性基團 ——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（如：丙烯酸酯或疊氮）用于后續的交聯(lián)反應。目前已報道的光降解發(fā)色團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道。

瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院（ETH Zurich）秦曉華研究團隊聯(lián)合廣東工業(yè)大學(xué)李治全教授等合作者，利用Passerini 多組分反應成功地將具有較大雙光子吸收截面的長(cháng)共軛香豆素發(fā)色團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高于鄰硝基苯醚對照組，最高打印速度達到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胞相容性。

圖1：利用多組分反應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探究了不同實(shí)驗組的打印性能，結果表明，長(cháng)共軛香豆素基水凝膠表現出最優(yōu)異的性能，其在300 mm/s的打印速度和10 mW的激光強度下可以發(fā)生裂解，形成既定的復雜圖案。此外，作者成功驗證了該香豆素基水凝膠支持復雜仿生微流控網(wǎng)絡(luò )結構的打印。

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(cháng)共軛香豆素（PEG-LC-A）。

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

最后，作者通過(guò)在細胞簇周?chē)蛴∥⑼ǖ莉炞C了報道的香豆素基水凝膠可以定向誘導細胞的快速遷移。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雜組織工程等領(lǐng)域找到新的應用，進(jìn)而促進(jìn)前沿再生醫學(xué)技術(shù)的發(fā)展。

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