理化所飞秒激光双光子聚合水凝胶3D微结构分辨率研究取得新进程

水凝胶的理化特征与细胞外基质非常相似，具备良好的力学性能、自愈合能力和响应性，可以用于构建组织再生的微纳米仿生结构，并提供微纳米尺度的表面形态来调节细胞行为，如细胞粘附、迁移或生存增殖分化因子的释放。因此，水凝胶被广泛应用于组织工程和药物递送等领域。然而，制备高精度的三维（3D）任意生物相容性水凝胶支架仍然是一个挑战。为了适应未来生物医学领域的发展，开发具有精细3D几何结构的新型水凝胶材料势在必行。

作者采用飞秒激光双光子聚合技术，以乙烯基酯透明质酸（HAVE）水凝胶作为单体材料，P2CK作为高效水溶性双光子引发剂，二硫苏糖醇（DTT）作为硫醇-烯点击化学交联剂和PBS缓冲溶液配制了HAVE前驱体，通过配方优化和激光焦点调控在水凝胶结构分辨率上取得了重要突破，最高分辨率达到22 nm，制备了与细胞尺寸相当的水凝胶3D微支架并验证了材料与结构的生物相容性，表明HAVE水凝胶细胞支架可以进一步用于研究细胞迁移和操作等行为。

在几十纳米尺度的分辨率中，体素相对于基底的位置是不可忽略的影响因素。为了进一步提高结构分辨率，该团队根据激光焦点体素理论调控焦点与基底相对位置，从而获得更高分辨率的线结构。大功率激光焦点光斑明亮，并且体素体积较大，不易得到最佳焦点位置，而小功率激光焦点光斑较弱，体素体积更小，更容易获得最佳焦点位置，基于此相位差模型及其计算方法已经有益实质性的地获得了更高分辨率的线表面上的结构。

综上所述，研究团队全面研究了HAVE水凝胶光刻胶的双光子聚合性能，通过优化光刻胶前驱体的配方和调节焦点位置，获得了22 nm的特征线宽，并验证了材料和3D水凝胶细胞支架的生物相容性。本研究提出的方案有望创建复杂的生物相容性3D水凝胶结构，并探索其在个性化微环境调控、组织工程、生物医学和仿生科学领域的潜在应用。该结构由两个独立的层组成，分别是聚合物基质层和生物活性层。

（编辑：驾考网）

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