伊利诺伊大学开发一款用于 4D 活细胞生物打印的堵塞微片水凝胶！

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四维 (4D) 生物打印有望为组织/器官再生应用构建具有复杂几何形状和功能的载细胞构建体（生物构建体）。基于水凝胶的 4D 生物墨水的开发，尤其是那些允许活细胞打印的墨水，具有易于制备、确定的成分和可控的物理特性，对于 4D 生物打印至关重要。最近，一种不同于传统颗粒状微凝胶的具有异质尺寸分布的单组分堵塞微片水凝胶 (MFH) 系统已被开发为用于 4D 生物打印的新型载细胞生物墨水。这种堵塞的细胞相容性 MFH 具有可扩展的生产和简单的组成，具有剪切稀化、剪切屈服和快速自愈特性。因此，它可以顺利打印成稳定的 3D 生物结构，当加入光引发剂和紫外线吸收剂时，可以进一步交联形成交联密度梯度。经过形状变形后，获得了多种具有明确配置和高细胞活力的复杂生物构建体。基于该系统， 4D 软骨样组织形成被证明为概念验证。这种多功能的新型 4D 生物墨水系统的建立可能会在组织工程中开辟许多应用。

图1.(a) 番红 O 染色的 MFH 的显微照片。 (b) 示意图显示颗粒状微凝胶的较低堆积密度（上）和较高堆积的不规则 MFH（下）。 (c) MFHs 的存储 (G') 和损耗 (G'') 模量作为频率的函数。材料粘度降低，同时不断增加 (d) 剪切速率和 (e) 剪切应变超过 10% 应变。 (f) G' 和 G' 的交叉随着剪切应变的增加表明剪切屈服。通过在 1% 和 100% 之间交替施加的应变，快速恢复 MFH 的 (g) 模量和 (h) 粘度。 (i) 通过 22 号 (22G) 针（内径413 μm）打印的灯丝的显微照片。 3D 打印的 (j) 水凝胶条和 (k) 水凝胶长方体的照片。 (l) 在紫外交联之前 j 中打印的 3D 结构的保真度。
图2. 水凝胶棒在不同孵育溶液或不同参数下的 4D 形状变形行为。
图3. 显示水凝胶棒在室温下响应不同 pH 处理的形状变化的视频快照。
图4. (a) MFH梯度水凝胶棒的弯曲行为，有和没有嵌入细胞。插图显示了弯曲水凝胶棒的代表性显微照片。 (b) 载有 NIH3T3 的 MFH 结构的显微照片。 (c) 梯度水凝胶条中 NIH3T3 成纤维细胞的代表性活/死图像。 (d) 载有细胞的“生物螺旋”结构的显微照片。 (e) 载有细胞的“bioS”结构的照片。 (f) 充满细胞的“伪四瓣”花和 (g) 充满细胞的“伪六瓣”花的照片。基于 Kirigami 的结构和变形配置：条形网格图案的水凝胶（h）没有和（i）具有内部水平条。
图5. 3D 到 3D 形状变形的演示。柱子夹持器 (a) 变形前，浸没在介质中 (b) 少于 10 秒和 (c) 60 秒后。 Ashark-fin 片材：(d) 打印后的形状， (e) 变形形状的前视图，以及 (f) 侧面带有构造的变形形状的图像。
图6.基于 MFH 的 4D 生物打印在组织工程中的应用。
相关论文以题为Jammed Micro-Flake Hydrogel for 4D Living Cell Bioprinting发表在《AdvancedMaterials》上。通讯作者是伊利诺伊大学芝加哥分校Eben Alsberg教授。参考文献：doi.org/10.1002/adma.202109394【伊利诺伊大学开发一款用于 4D 活细胞生物打印的堵塞微片水凝胶！】

伊利诺伊大学开发一款用于 4D 活细胞生物打印的堵塞微片水凝胶！

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