近期，我室为，利用熔融沉积建模(FDM)技术进行4D打印交联形状记忆线性共聚酯，成功开发了一种具有精细结构的支架，旨在实现个性化的软组织的修复。在线性共聚酯中，我们嵌入了一种可在无催化剂存在下发生光交联的生物相容性肉桂酸衍生官能团，该官能团在FDM打印过程中作为原位交联点，有效克服了FDM过程中每个打印层之间结合强度不足的问题。相关的研究成果以题“4D Printing of Biocompatible Scaffolds via in-situ Photo-crosslinking from Shape Memory Copolyesters”发表在ACS Applied Materials & Interfaces上，第一作者为本室博士研究生罗昆，通讯作者为杨科珂教授。
【研究背景】
许多患者面临软组织的临界大小缺损，涉及到肠、纤维组织、血管、肌肉、皮肤和神经的复杂问题在组织工程支架中，对于再生材料网络拓扑结构的适配性是至关重要的；同时，这些材料还需要具备个性化的机械性能，以满足个体生理需求。拥有合适的三维结构、理化性能和生物学特性的支架已成为软组织工程修复的主要材料之一，它提供的仿生结构不仅能加速细胞增殖和分化，还能诱导血管和组织的形成。
【主要内容】
针对血管等软组织，我们提出了一种基于光交联形状记忆网络的生物可降解支架的4D打印策略(图1)。为了满足生物相容性、无毒性、可打印性、机械性能和形状记忆性能的要求，我们选择了可生物降解和生物相容性的PLA作为网络节点结构，具有低熔点聚乙二醇(PEG)由于其灵活性而被用作分子开关。在FDM打印过程中，利用嵌入到线性共聚酯(CA-PLA-PEG)中的肉桂酸(CA)基团作为原位交联点，显著提高了逐层结构的层间结合强度和3D打印物体的结构稳定性。，此外，巧妙的结构设计使得所打印的组织支架能够在人体生理温度下实现有效的形状记忆行为，其形状记忆固定率和回复率高达95%以上（图2）。体内试验表明，该支架植入后不产生毒性反应，4D打印CA-PLAPEG-N在软组织再生领域具有良好的应用前景（图3）。
图1 光交联4D打印支架结构设计示意图
图2 37℃温度刺激下，光交联4D打印模型的编程和恢复过程
图3 光交联4D打印支架的生物相容性
原文链接： https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.3c10747
