新(xin)型(xing)光(guang)散射抑制機制助(zhu)力(li)高(gao)保(bao)真光固化(hua)生物3D打印(yin)

圖(tu)1. 姜(jiang)黃(huang)鈉的合成。a. 用姜(jiang)黃(huang)素(su)和(he)碳(tan)酸氫(qing)鈉合成姜(jiang)黃(huang)素(su)鈉（Cur-Na）的過(guo)程(cheng)。姜(jiang)黃(huang)素(su)分子(zi)中酚(fen)羥(qiang)基(ji)的H⁺被Na⁺取代（紅色(se)橢圓(yuan)），而(er)姜(jiang)黃(huang)素(su)中的羰(tang)基鍵(jian)發生酮-烯(xi)醇(chun)互變(bian)異(yi)構(gou)（藍(lan)色橢圓(yuan)）。b. 姜(jiang)黃(huang)素(su)和(he)Cur-Na的¹H-NMR光(guang)譜(pu)，顯(xian)示了(le)合成過(guo)程(cheng)中發生的化(hua)學(xue)性質(zhi)的代表性變(bian)化(hua)。藍(lan)色陰(yin)影(ying)區域表(biao)示酚(fen)羥(qiang)基(ji)的特征共振(zhen)（δ=9.65ppm）。綠色(se)陰影(ying)是烯(xi)烴(ting)信號(hao)（δ=5.93ppm），表(biao)明(ming)C=C雙鍵(jian)的形(xing)成(cheng)。

圖(tu)2. 生(sheng)物墨(mo)水(shui)的物化(hua)性質(zhi)。添(tian)加(jia)了(le)不(bu)同濃(nong)度(du)光抑制劑的生(sheng)物墨(mo)水(shui)（PEG-GelMA/LAP）的儲(chu)能模(mo)量（G'反(fan)映(ying)材(cai)料(liao)的剛(gang)度(du)）和(he)損(sun)失(shi)模(mo)量（G''反(fan)映(ying)材(cai)料(liao)粘度(du)）隨時間(jian)的變(bian)化(hua)：a.檸檬(meng)黃(huang)和(he)b. Cur-Na。G'和(he)G'之(zhi)間(jian)的交(jiao)叉點被稱(cheng)為凝膠點(dian)，而凝膠時(shi)間被定(ding)義(yi)為曝(pu)光開始至凝(ning)膠點(dian)的時(shi)間(jian)（在該(gai)研究中約為20秒(miao)）。生物墨(mo)水(shui)在405nm、13mW cm⁻²的光(guang)照下曝(pu)光30s。陰(yin)影(ying)區域表(biao)示曝(pu)光時(shi)間(jian)。c. 水(shui)凝(ning)膠的應力-應變(bian)曲(qu)線。d. 三(san)種水(shui)凝(ning)膠在~20%應變(bian)下(xia)的彈(dan)性模(mo)量。三(san)種生物墨(mo)水(shui)的e. 溶(rong)脹(zhang)比和(he)f. 溶(rong)膠分數(shu)對比(bi)。

圖(tu)3. Cur-Na抑制散射效(xiao)應的機制。a. 示意(yi)圖(tu)顯(xian)示了(le)當(dang)光穿(chuan)透生物墨(mo)水(shui)時(shi)光(guang)強(qiang)的高(gao)斯(si)分布(bu)以及不(bu)同情況下產生的固(gu)化(hua)區域，包括無(wu)散射(she)、有散射(she)、與細(xi)胞(bao)混(hun)合的生(sheng)物墨(mo)水(shui)和(he)添(tian)加(jia)Cur-Na的生(sheng)物墨(mo)水(shui)。C_d和(he)C_w分別(bie)是固(gu)化(hua)深度(du)和(he)固(gu)化(hua)寬(kuan)度(du)。E₀表示生(sheng)物墨(mo)水(shui)表(biao)面的光(guang)強(qiang)度(du)，而E_C是引(yin)發聚合所需(xu)的臨(lin)界(jie)能量(liang)。b. Cur-Na自由(you)基鏈生長聚(ju)合的動(dong)力學過(guo)程(cheng)由三(san)個(ge)階段(duan)控制：（1）引發、（2）鏈傳(chuan)播、（3）（4）終(zhong)止(zhi)。k_i，k_p，k_tc和(he)k_td分別(bie)是四種反(fan)應中的速(su)率(lv)常數(shu)。每個(ge)Cur-Na與三(san)個(ge)自由(you)基（R^·）反(fan)應，引發聚合物鏈生長，形(xing)成(cheng)單(dan)體（M）。激活(huo)後(hou)的單(dan)體可以與其他(ta)單體反(fan)應，聚合物鏈通過(guo)傳(chuan)播而(er)增(zeng)長，形(xing)成(cheng)Mn^·和(he)Mm^·。當(dang)鏈傳(chuan)播通(tong)過(guo)終止(zhi)反(fan)應終止時(shi)，形成(cheng)聚合物（Mn和(he)Mm）。c. Cur-Na和(he)PEGDA聚(ju)合過(guo)程(cheng)中官(guan)能團(tuan)的轉化(hua)率(lv)與(yu)時間(jian)的關(guan)系(xi)。散射(she)區域的自由(you)基可以被Cur-Na快(kuai)速(su)消耗(hao)；水(shui)凝(ning)膠單(dan)體由(you)於(yu)缺乏自由(you)基而(er)難以在散射區域形(xing)成聚合物。

圖(tu)4. 水(shui)平(ping)方(fang)向打印(yin)精(jing)度(du)分析(xi)。a. 輻條(tiao)狀(zhuang)圖案用於(yu)評估(gu)打印(yin)精(jing)度(du)，從(cong)中心到(dao)外(wai)圍(wei)相(xiang)鄰輻條(tiao)之(zhi)間的間(jian)隙增(zeng)加(jia)。打印(yin)精(jing)度(du)被定(ding)義(yi)為模(mo)糊(hu)區域直徑(jing)（紅(hong)色(se)虛(xu)線圓圈）與輻條(tiao)狀(zhuang)圖案直徑(jing)的比(bi)值(zhi)。b. 載細(xi)胞(bao)結(jie)構的熒光(guang)染(ran)色圖(tu)。c. 打印(yin)結構(gou)的顯(xian)微(wei)圖像，顯(xian)示了(le)純PEG-GelMA生物墨(mo)水(shui)（上(shang)）和(he)添(tian)加(jia)了(le)檸檬(meng)黃(huang)（中）和(he)Cur-Na的生(sheng)物墨(mo)水(shui)（下(xia)）的模(mo)糊(hu)區域（紅(hong)色虛(xu)線圓圈）大(da)小與相(xiang)對曝(pu)光能量(liang)的關(guan)系(xi)。E_r指相(xiang)對能量(liang)，定(ding)義(yi)為實際光(guang)能與(yu)單位(wei)曝(pu)光量(liang)的比(bi)。d. 模(mo)糊(hu)區域大(da)小與曝(pu)光能量(liang)的定(ding)量關(guan)系(xi)。e. Cur-Na的高(gao)精(jing)度(du)打印(yin)窗口(kou)，灰(hui)色(se)、紅(hong)色、藍(lan)色區域分別(bie)代表含(han)1mM、2mM、3mM Cur-Na生(sheng)物墨(mo)水(shui)的打印(yin)窗口(kou)寬(kuan)度(du)。f. 載細(xi)胞(bao)打印(yin)結構(gou)的模(mo)糊(hu)區域大(da)小與曝(pu)光能量(liang)之間(jian)的定(ding)量關(guan)系(xi)。

圖(tu)5. 多(duo)層打印(yin)中的中空通道(dao)打印(yin)性分析(xi)與評定(ding)高(gao)保(bao)真度(du)的打印(yin)誤差(cha)分析(xi)。a. 具有不同(tong)直徑(jing)（D=300、500和(he)700μm）通(tong)道(dao)的圓(yuan)柱(zhu)體的3D CAD設(she)計(ji)。H表(biao)示圓(yuan)柱(zhu)體的高(gao)度(du)，而h1、h2和(he)h3是通(tong)道(dao)的中空部分。打印(yin)精(jing)度(du)定(ding)義(yi)為中空部分與(yu)通道(dao)總(zong)長度(du)之間(jian)的比(bi)率(lv)。b. 連續(xu)層打印(yin)中的散(san)射(she)效應及其引(yin)起(qi)的過(guo)固化(hua)現(xian)象(xiang)。c-e. 打印(yin)精(jing)度(du)隨圓柱(zhu)體直徑(jing)的高(gao)度(du)和(he)通(tong)道(dao)直徑(jing)的關(guan)系(xi)。f. 具有不同(tong)直徑(jing)的多(duo)通(tong)道(dao)結構(gou)CAD設(she)計(ji)。g. 分別(bie)使用含Cur-Na和(he)檸檬(meng)黃(huang)的生(sheng)物墨(mo)水(shui)打印(yin)的樣(yang)品。h. 通(tong)道(dao)的實際直徑(jing)與(yu)設(she)計(ji)直徑(jing)間(jian)的差(cha)異。

圖(tu)6. Cur-Na在打印(yin)生物醫(yi)學(xue)應用中常用的復(fu)雜三(san)維(wei)結(jie)構(gou)時(shi)的分辨(bian)率和(he)高(gao)保(bao)真度(du)。a. 脊髓(sui)支架(jia)。它的結(jie)構(gou)特點呈(cheng)現(xian)不規則(ze)的通(tong)道(dao)和(he)薄(bo)壁網絡，模(mo)仿脊(ji)髓的內(nei)部(bu)結構(gou)。使用兩種類(lei)型(xing)的水(shui)凝(ning)膠成(cheng)功地制備(bei)了(le)支(zhi)架(jia)：PEG-GelMA（10%）和(he)甲(jia)基(ji)丙(bing)烯(xi)酸縮(suo)水(shui)甘(gan)油(you)酯(zhi)改性的絲(si)素(su)蛋(dan)白（Sil-MA（15%））。b. 具有多個(ge)分支(zhi)、可灌註(zhu)通道(dao)（200-800μm）和(he)薄(bo)壁（~100μm）的血管網絡。通(tong)過(guo)註射(she)有色染(ran)料溶(rong)液進(jin)行(xing)灌(guan)註(zhu)。c. 具有獨。特拓撲特征（曲(qu)面、高(gao)孔隙率和(he)連通性）的gyroid支(zhi)架(jia)。d. 打印(yin)載HepG2細(xi)胞(bao)的gyroid支(zhi)架(jia)並(bing)培(pei)養14天(tian)，展現(xian)了良(liang)好(hao)的細(xi)胞(bao)增(zeng)殖(zhi)效果。

圖(tu)7. 基(ji)於(yu)PC-12細胞(bao)體外(wai)培(pei)養的Cur-Na 細(xi)胞(bao)相(xiang)容性評價。a. 細(xi)胞(bao)活(huo)死(si)染(ran)色熒光(guang)圖(tu)展示了(le)細(xi)胞(bao)14天(tian)的活(huo)力(li)（綠(lv)色：活(huo)細(xi)胞(bao)；紅(hong)色：死(si)細(xi)胞(bao)）。b. CCK-8測定(ding)細胞(bao)增(zeng)殖(zhi)情況。細胞(bao)在支架中增(zeng)殖(zhi)14天(tian)，PEG-GelMA/Cur-Na水(shui)凝(ning)膠中的細(xi)胞(bao)展現(xian)出(chu)最。。好(hao)的增(zeng)殖(zhi)效果。c. 使(shi)用PEG-GelMA/Cur-Na水(shui)凝(ning)膠制造的通(tong)道(dao)支架(jia)（直徑(jing)200μm）的熒光(guang)圖(tu)像顯(xian)示了(le)均勻的細(xi)胞(bao)分布(bu)。最(zui)後(hou)壹(yi)張(zhang)圖像顯(xian)示了(le)細(xi)胞(bao)沿(yan)著(zhe)通道(dao)的生(sheng)長情況。d. 第1、7和(he)14天(tian)脊(ji)髓(sui)支架中通道(dao)的共聚焦圖(tu)像(xiang)。e. 熒光(guang)圖(tu)像顯(xian)示種(zhong)植在PEG-GelMA/Cur-Na支架表面的PC-12細(xi)胞(bao)的分化(hua)和(he)突起形(xing)成（第7天(tian)）。Tuj-1：Beta3-微(wei)管蛋(dan)白；DAPI：4’，6-二胺(an)基(ji)-2苯(ben)基(ji)吲哚(duo)。

結(jie)論