富含網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的水凝膠具有良好的生物相容性，而具有高精細度的三維水凝膠結(jié)構(gòu)能夠更好地模擬細胞生長環(huán)境，在生物組織工程領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力；诜蔷性光學(xué)效應(yīng)的雙光子聚合技術(shù)為制備高精細三維仿生水凝膠結(jié)構(gòu)提供了強有力的手段。但由于現(xiàn)有雙光子引發(fā)劑的水溶性差、雙光子聚合引發(fā)效率低，需要在加工前驅(qū)體材料中加入有機溶劑助溶以提高雙光子引發(fā)劑含量，所制備的三維水凝膠微結(jié)構(gòu)中易殘留有機溶劑，導(dǎo)致較強的細胞毒性，成為其在組織工程領(lǐng)域應(yīng)用的瓶頸問題之一。
中科院理化所仿生智能界面科學(xué)中心有機納米光子學(xué)實驗室鄭美玲項目研究員和暨南大學(xué)段宣明教授合作，利用具有相對較大內(nèi)腔尺寸和良好的水溶性的葫蘆脲7作為主體對咔唑類衍生物進行包結(jié)，設(shè)計合成了基于主客體化學(xué)原理自組裝的水溶性雙光子引發(fā)劑，所制備的最佳絡(luò)合比1:1的引發(fā)劑在提高了水溶性的同時，其雙光子吸收截面比客體分子提高了5倍。研究團隊利用這種新型水溶劑引發(fā)劑設(shè)計了組分簡單的水相聚合光敏材料，實現(xiàn)了聚合閾值僅為4.5 mW、最細線寬180 nm的純水相高精細仿生水凝膠結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)的雙光子聚合。
水溶性雙光子引發(fā)劑及三維水凝膠構(gòu)筑示意圖
研究團隊進一步構(gòu)筑了具有較好結(jié)構(gòu)保真度和力學(xué)性能的木堆型光子晶體和S型管道、細胞支架結(jié)構(gòu)等三維仿生水凝膠結(jié)構(gòu)，研究了細胞的生長行為，并結(jié)合熒光探針標(biāo)記和顯微成像研究，證實了利用該引發(fā)劑及純水相聚合光敏材料具有良好的生物相容性，為水凝膠材料在組織工程領(lǐng)域中的應(yīng)用提供了新的途徑。
三維木堆結(jié)構(gòu)和S型管道結(jié)構(gòu)
仿生水凝膠細胞支架及應(yīng)用
研究成果發(fā)表在ACS Applied Materials and Interfaces（2019, 11, 1782-1789）（DOI: 10.1021/acsami.8b15011）。該論文的通訊作者是中科院理化所仿生智能界面科學(xué)中心有機納米光子學(xué)實驗室鄭美玲項目研究員和暨南大學(xué)段宣明教授，鄭永超博士和趙圓圓博士為共同第一作者。該研究是前期一系列仿生水凝膠工作（ACS Appl. Mater. Interfaces 2017, 9, 42247–42257; Appl. Surf. Sci. 2017, 416, 273–280; J. Mater. Chem. B 2015, 3, 8486-8491; Chem. Soc. Rev. 2015, 44, 5031-5039; J. Mater. Chem. B 2014, 2, 4318-4323）的深入和拓展。相關(guān)研究工作得到科技部納米科技重點專項、國家自然科學(xué)面上基金項目的大力支持。
論文鏈接：https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/acsami.8b15011
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