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  3D打印高強(qiáng)度水凝膠在定制個(gè)性化承載組織替代物方面具有巨大應(yīng)用潛能。目前，研究人員已經(jīng)構(gòu)建了一系列3D打印高強(qiáng)度水凝膠，但大多耐溶脹性能較差，無法在水環(huán)境中保持穩(wěn)定的力學(xué)性能和尺寸，不利于在生理環(huán)境中的應(yīng)用。聚（N-丙烯�；拾滨０罚≒NAGA）超分子聚合物水凝膠具有優(yōu)良的力學(xué)性能和溶脹穩(wěn)定性，但直接打印超分子聚合物水凝膠存在力學(xué)強(qiáng)度和可打印性的trade-off問題（低強(qiáng)度，容易打印，高強(qiáng)度，難以打印），限制了其在構(gòu)建組織替代物方面的應(yīng)用。

  針對(duì)上述問題，利用PNAGA超分子聚合物水凝膠濃度依賴性的氫鍵增強(qiáng)機(jī)理，天津大學(xué)劉文廣教授課題組提出了一種自增稠/自增強(qiáng)策略來實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度超分子聚合物水凝膠的3D打印。將高濃度的N-丙烯�；拾滨０罚∟AGA）單體負(fù)載到低濃度的PNAGA熱可逆軟凝膠中，構(gòu)建PNAGA+NAGA“自增稠”3D打印墨水，軟PNAGA凝膠起到增稠作用，賦予打印性，制品打印后再聚合預(yù)先加入的“休眠”的高濃度NAGA單體，后補(bǔ)償?shù)母邼舛萅AGA聚合后形成高密度的氫鍵交聯(lián)，對(duì)軟PNAGA凝膠起到顯著的補(bǔ)強(qiáng)作用，因此最終打印的水凝膠可保持高的力學(xué)強(qiáng)度，巧妙地解決了可打印和高強(qiáng)度不可調(diào)和的矛盾，極大拓寬了材料性能的可調(diào)范圍。此外，“自增稠”策略具有普適意義，可以實(shí)現(xiàn)帶不同側(cè)基的聚合物（中性、陰離子、兩性離子）水凝膠的3D打印，有望進(jìn)一步拓寬水凝膠的應(yīng)用范圍。

圖1. 自增稠/自增強(qiáng)3D打印高強(qiáng)度PNAGA超分子聚合物水凝膠示意圖

  3D打印PNAGA水凝膠保持較高的力學(xué)強(qiáng)度，在水中耐溶脹，將其用作半月板替代物，結(jié)果顯示：植入4 w后，材料仍位于植入部位，且相比于半月板切除組，植入組的關(guān)節(jié)軟骨磨損程度減弱，說明3D打印PNAGA水凝膠半月板替代物對(duì)關(guān)節(jié)軟骨起到了有效的保護(hù)作用。

圖2. (a) 3D打印 PNAGA水凝膠半月板替代物及植入示意圖；(b) 半月板替代物植入手術(shù)流程；(c) 術(shù)后4 w，股骨與脛骨關(guān)節(jié)軟骨的大體觀察圖片；(d) 術(shù)后4 w，股骨與脛骨關(guān)節(jié)軟骨的組織學(xué)分析（標(biāo)尺：500 μm）

  徐子揚(yáng)博士生為該論文的第一作者，劉文廣教授為通訊作者。該項(xiàng)工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃 （基金號(hào)：2018YFA0703100）和國家自然科學(xué)重點(diǎn)基金 （基金號(hào)：51733006）的資助。

  原文鏈接https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/adfm.202100462

  DOI: 10.1002/adfm.202100462