水凝胶由聚合链的亲水网络组成,顾名思义,它可以保留水分,并且能够在其内部包含诸如生物支架之类的结构。其用处不容小觑,因为它们构成了许多现代发现的支柱。问题是现代水凝胶低几何复杂性和相对低的制造分辨率,妨碍了它们在各种研究领域的适用性。
随着更具伸缩性的水凝胶的发明,研究人员可以避免这些问题。更高的分辨率和延展性可以增加软体机器人、透明触摸板和柔性电子设备的应用。据研究人员称,这种新型的凝胶还具有出色的生物相容性,可作为生物3D打印应用的重要来源。
据了解,研究人员开发的新型水凝胶是可进行紫外固化的,使其适用于一些非常复杂的结构,如:血管网络、多孔支架与半月板替代品等等。打印的水凝胶样品可以拉伸高达1,300%。此外,值得一体的是,这些水凝胶与基于DLP的3D打印技术的兼容性允许制造分辨率高达7微米的水凝胶3D结构。
资料拓展:
组织工程是水凝胶一个较新的应用领域,水凝胶可以作为组织工程的工程支架运输生物活性物质并为组织的形成提供一定的空间结构。合成类水凝胶如聚环氧乙烷、聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚富马酸丙二醇酯以及天然高分子水凝胶如琼脂糖、藻酸盐、脱乙酰壳多糖、胶原、纤维蛋白、明胶、透明质酸均可适用于组织工程。Harris等用自组装肽制备了纳米多孔水凝胶支架,这种支架可生物降解,并且与细胞之间有良好的相互作用。这种水凝胶支架能够刺激组织和血管的生长,还可以用于药物的缓释。这种支架可以运用到外科手术或者开放性伤口,还可以为组织细胞的增殖、分化、迁移提供条件。Blanchard等人报道了角蛋白的交联制备水凝胶,并用于组织工程支架的制备材料。角蛋白是一种可以从患者头发或指甲中提取出的生物相容性材料,它是非免疫原性的生物聚合物,能够促进表皮细胞的形成。纯化和部分氧化之后的角蛋白的磺酸残基是亲水性的,能够与结合水通过二硫键进行交联。通过生物活性测试,证明这种水凝胶能够为促进细胞的生长并为细胞的生长提供营养支撑。组织工程在未来最重要的挑战是如何利用聚合物来刺激所需组织中的血管网络的形成。水凝胶作为一种极有前景的材料通过将血管生成因子和血管内皮细胞运输到所需的部位,从而能够有效的控制血管形成。
水凝胶支架的成型方法每年由于衰老或者意外事故导致数以百万计的人们受到组织或器官受损的困扰。在美国,每年有超过800万的患者接受组织或器官移植手术,用于解决这一问题的费用超过4000亿美元,然而由于供体的短缺,这一方法的使用也极为受限,并且这种利用供体的组织或器官进行移植的方法在一定程度上会引起患者体内的排异反应。