供稿人：杨帆 高琳 供稿单位：西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室 发布日期：2021-11-01
水凝胶是一种聚合物3D结构，可以保存和释放大量的水或生物液体（高达其干重的数千倍）。这类材料具有可调节的机械性能、高孔隙率和软一致性，是许多生物医学应用中的通用生物材料，包括药物输送、组织工程、再生医学和伤口敷料。与大多数合成生物材料相比，考虑到其力学性能，它们与细胞外基质和组织的结构相似。因此，水凝胶已成为现代生物医学研究的热点。以植物为主要原料的天然水凝胶——生物水凝胶，因其亲水性、生物相容性、无毒性等固有优势而受到越来越多的关注。
芦荟凝胶具有内在愈合特性、消炎、抗菌和抗菌活性，纤维素具有良好的机械强度、生物相容性、生物降解性、可修饰的表面化学等材料特性。直接墨水书写技术（DIW）以其墨水消耗量低、成本低及容易改变数字打印图案等优点在水凝胶3D打印领域受到广泛关注。阿尔托大学的研究人员将芦荟凝胶和纤维素纳米纤维两种多糖进行混合，对复合水凝胶的粘弹性进行了深入研究，以考察其可印刷性。最终，晶格几何形状、被直接墨水书写技术（DIW）以高保真的形状精确打印出来（图1），使用氯化钙进行物理交联，并评估了它们的物理机械特性。
图1 交联前（湿态）和交联后（冻干和室温干燥）的3D打印结构。为了更好说明，墨水中加入了可食用的颜色。
这种芦荟/纤维素纳米纤维复合凝胶表现出了优异的粘弹性，能够通过直径为630μm的喷嘴挤出细丝。由于纳米纤维和微纤维纤维素的高纵横比，3D打印结构表现出显著的湿稳定性，避免了挤出时凝胶的膨胀/收缩等问题。此外，所有打印样品的孔隙率都高于80%，具有较高的吸水能力（高达46克/克）和保持能力。总之，目前的研究证实了芦荟/纤维素纳米纤维生物水凝胶的直接墨水书写具有打印复杂几何形状的可能性，这些完全基于生物的、多孔的、湿稳定的3D结构可能在生物医学领域具有潜在应用。