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用于高分辨率生物打印的新型（PNIPAAm）基雙凝膠墨水

本文介紹了一種用于高分辨率生物打印的新型聚 N – 異丙基丙烯酰胺（PNIPAAm）基雙凝膠墨水和熱可逆泊洛沙姆支撐浴系統。該墨水通過快速熱凝膠化和自發共價交聯反應，結合支撐浴在水合加熱環境中維持結構，可產生直徑 80-200μm 的均勻纖維多層結構。研究通過流變學分析、打印實驗和細胞兼容性測試，闡明了打印因素間的關系，證明了該系統在無細胞和細胞負載支架高分辨率打印中的能力，為擠壓基生物墨水與支撐浴的打印研究提供了新方向。

一、研究背景與目的

1. 擠壓生物打印的挑戰：傳統擠壓打印因墨水高粘度（10s-1000s Pa?s）限制噴嘴尺寸，難以實現百微米以下分辨率。
2. 創新解決方案：開發 PNIPAAm 基雙凝膠墨水與泊洛沙姆支撐浴系統，利用熱凝膠化和共價交聯，結合支撐浴維持結構，提升打印分辨率。

二、材料設計與制備

1. 熱凝膠大分子（TGM）合成

1. 組成：NIPAAm（86.5 mol%）、GMA（7.5 mol%）、DBA（3.5 mol%）、AA（2.5 mol%），AIBN 引發劑。
2. 特性：LCST onset 19.9±0.7℃，peak 25.5±1.0℃，分子量 Mn=19849 Da，PDI=2.76。
   2. 交聯劑（PAMAM）合成：MBA 與哌嗪（3:4 molar ratio）反應，Mn=1776 Da。
   3. 墨水與支撐浴制備
3. 墨水：TGM 與 PAMAM 按 4:3 質量比混合，濃度 17.5%-35% w/v。
4. 浴：泊洛沙姆 F-108 溶于水，濃度 25%-35% w/v。

三、關鍵實驗方法

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四、主要結果

五、結論與意義

1. 技術突破：實現 10s 微米級分辨率，大支架（5 mm 高）打印成功。
2. 材料優勢：雙凝膠機制結合泊洛沙姆浴，兼顧結構穩定性與細胞兼容性。
3. 應用前景：為骨軟骨組織工程提供高分辨率支架，推動熱凝膠材料在生物打印中的應用。

關鍵問題

1. 該研究中雙凝膠墨水的交聯機制是什么？

答案：雙凝膠墨水基于 PNIPAAm 的熱凝膠化和 PAMAM 交聯劑的共價交聯。PNIPAAm 在高于 LCST（25.5℃）時快速熱凝膠化，形成物理網絡；同時，PAMAM 與 TGM 中的 GMA 環氧基團發生胺 – 環氧反應，形成共價交聯網絡，增強機械性能并防止脫水收縮。

2. 泊洛沙姆支撐浴在打印中的關鍵作用是什么？

答案：泊洛沙姆支撐浴在 37℃形成凝膠，為低粘度墨水提供機械支撐，維持擠出纖維的形狀 fidelity。浴具高儲能模量（7.5-17 kPa）和 yield stress（57.4-174.6 Pa），可自愈合并傳導熱量，確保墨水快速熱凝膠化，同時維持水合環境適合細胞培養。

3. 該系統實現的打印分辨率如何，細胞兼容性表現怎樣？

答案：打印分辨率可達纖維直徑 80-200 μm，孔隙形狀均勻性 > 0.8。細胞兼容性方面，leachables 無毒性，打印后 3 h 和 24 h 細胞 viability 約 43%，表明系統可用于細胞負載支架打印，雖 viability 有待提升，但證明了可行性。

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