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NATURE COMMUNICATIONS: 一種可精準打印且生物相容性良好的3D打印生物墨水

圖 1. Sil-MA制備的原理圖。A:甲基丙烯酸甘油酯改性絲素蛋白的化學原理示意圖;B:改性絲素蛋白的實驗步驟。

圖 2. Sil-MA凝膠化程度主要依賴于甲基丙烯酸化的程度。A,B:絲素蛋白和不同程度甲基丙烯酸化的絲素蛋白的紅外光譜(A)和核磁掃描結果(B);C:不同程度甲基丙烯酸化的絲素蛋白水凝膠的掃描電鏡圖,標尺=100μm;D:光引發劑LAP引發Sil-MA聚合形成凝膠的過程及通過數字光處理(DLP)3D打印獲得的Sil-MA凝膠的結構示意圖。

圖 3. Sil-MA凝膠的理化性能。A:以Sil-MA為原料進行DLP打印的過程; B:不同應變下,不同濃度的Sil-MA凝膠的壓縮模量,*p<>, **p<>;C,D:給予Sil-MA凝膠一個7kg的重壓3min后移除該重壓(D),不同濃度的凝膠的應力-應變曲線(C);E:50%應變時,不同濃度的凝膠的彈性模量;F:不同濃度的凝膠的彈性應力-應變曲線;G:3D打印的凝膠薄膜通過縫合形成管狀結構;H:DLP打印的Sil-MA氣管與狗的氣管進行吻合,標尺=1cm;I-L:Sil-MA的溶脹性能,包括Sil-MA粉末的吸水率(I)以及3D打印產品在超純水(J)、培養基(K)、pH7.4的PBS(L)中的體積膨脹比例。

圖 4. Sil-MA凝膠的流變學性能。不同濃度的凝膠的振幅掃描(A,B)和頻率掃描(C,D)結果及光引發劑引發Sil-MA凝膠聚合的過程中儲能模量的變化(E,F);黑色、藍色、橙色分別代表濃度為10%、20%、30%的Sil-MA凝膠。

圖 5. 30%的Sil-MA凝膠用于DLP打印。3D打印的多孔埃菲爾鐵塔模型、大腦、人工耳、氣管、心臟、人工肺、血管。

圖 6. Sil-MA凝膠的生物相容性。A:細胞在3D打印支架上培養14天后,活/死細胞染色結果,標尺=500μm;B:細胞在3D打印支架上14天后,CCK-8結果;C-F:細胞在不同形狀的支架上的分布情況,標尺=1mm。

圖 7. 人軟骨細胞種植在Sil-MA3D打印支架上用于體外構造組織工程軟骨的組織學結果,標尺分別為1mm(×4),500μm(×10)。

綜上所述,通過甲基丙烯酸改性的絲素蛋白是一種可打印性能高、力學性能可控、生物相容性良好的生物墨水,將有望用于打印高精度、高復雜度的組織和器官。

文獻來源:Kim SH, Yeon YK, Lee JM, et al. Precisely printable and biocompatible silk fibroinbioink for digital light processing 3D printing. Nat Commun. 2018; 9(1): 1620. doi: 10.1038/s41467-018-03759-y.

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