蘆薈/纖維素納米纖維生物水凝膠的直接墨水書寫

供稿人：楊帆 高琳 供稿單位：西安交通大學機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室

水凝膠是一種聚合物3D結構，可以保存和釋放大量的水或生物液體（高達其干重的數千倍）。這類材料具有可調節(jié)的機械性能、高孔隙率和軟一致性，是許多生物醫(yī)學應用中的通用生物材料，包括藥物輸送、組織工程、再生醫(yī)學和傷口敷料。與大多數合成生物材料相比，考慮到其力學性能，它們與細胞外基質和組織的結構相似。因此，水凝膠已成為現(xiàn)代生物醫(yī)學研究的熱點。以植物為主要原料的天然水凝膠——生物水凝膠，因其親水性、生物相容性、無毒性等固有優(yōu)勢而受到越來越多的關注。

蘆薈凝膠具有內在愈合特性、消炎、抗菌和抗菌活性，纖維素具有良好的機械強度、生物相容性、生物降解性、可修飾的表面化學等材料特性。直接墨水書寫技術（DIW）以其墨水消耗量低、成本低及容易改變數字打印圖案等優(yōu)點在水凝膠3D打印領域受到廣泛關注。阿爾托大學的研究人員將蘆薈凝膠和纖維素納米纖維兩種多糖進行混合，對復合水凝膠的粘彈性進行了深入研究，以考察其可印刷性。最終，晶格幾何形狀、被直接墨水書寫技術（DIW）以高保真的形狀精確打印出來（圖1），使用氯化鈣進行物理交聯(lián)，并評估了它們的物理機械特性。

圖1 交聯(lián)前（濕態(tài)）和交聯(lián)后（凍干和室溫干燥）的3D打印結構。為了更好說明，墨水中加入了可食用的顏色。

這種蘆薈/纖維素納米纖維復合凝膠表現(xiàn)出了優(yōu)異的粘彈性，能夠通過直徑為630μm的噴嘴擠出細絲。由于納米纖維和微纖維纖維素的高縱橫比，3D打印結構表現(xiàn)出顯著的濕穩(wěn)定性，避免了擠出時凝膠的膨脹/收縮等問題。此外，所有打印樣品的孔隙率都高于80%，具有較高的吸水能力（高達46克/克）和保持能力�？傊�，目前的研究證實了蘆薈/纖維素納米纖維生物水凝膠的直接墨水書寫具有打印復雜幾何形狀的可能性，這些完全基于生物的、多孔的、濕穩(wěn)定的3D結構可能在生物醫(yī)學領域具有潛在應用。

參考文獻：
Baniasadi H, Ajdary R , Trifol J, et al. Direct ink writing of Aloe vera/cellulose nanofibrils bio-hydrogels[J]. Carbohydrate Polymers, 2021, 266(September 2019).