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基于DLP生物打印技术探索光引发剂和光吸收剂的最佳配比

时间:2021-09-24 17:51 来源:南极熊 作者:admin 阅读:
      在数字光处理(DLP)生物打印中,光引发剂(PI)和光吸收剂(UA)对打印成形都起着关键作用(图1)。PI在打印过程中会产生自由基,从而引发生物墨水的光聚合;然而,从PI中解离的自由基过多会造成细胞损伤,而PI浓度不足又会限制生物墨水的光固化程度,影响打印结构的机械性能和分辨率。UA可以防止过度交联的发生,提高打印分辨率;然而,过量的UA也可能对细胞产生毒性。因此,探索出兼顾可打印性和最小细胞毒性的PI和UA组合对生物打印来说至关重要。

图1 PI和UA的作用示意图

      近期,来自美国Wake Forest School of Medicine的Sang Jin Lee团队对载细胞生物打印中使用最多的PI和UA进行了比较及组合,并最终筛选出了兼顾可打印性和细胞活性的组合配比。相关论文“Combinations of photoinitiator and UV absorber for cell-based digital light processing (DLP) bioprinting”发表在Biofabrication杂志上。

首先,实验人员对众多PI进行了比较,从中选取了LAP(0.2 w/v%)和 Irgacure 2100(0.5 w/v%)作为本次实验的PI。经实验分析得出LAP打印的效果优于Irgacure 2100,并且每层所需的固化时间也明显较短,大大缩短了整体的打印时间(图2)。
图2 PI的DLP打印可行性

为了评估PI的细胞毒性,实验人员用含有0.2 w/v% LAP的培养基对C2C12细胞系进行培养,并对不同时间点的细胞进行了活死染色(图3)。
图3 PI的细胞毒性评估

随后,实验人员对众多UA的光吸收能力进行了比较,最终选择了R1800和R1888作为本实验的UA。为了评估不同阻光剂对打印成型精度的影响,实验人员利用DLP技术制造了具有不同孔道直径的多通道结构来测试R1800和R1888的区别(图4)。实验结果表明当R1800和R1888的浓度为0.5w/v%时,所得到的打印结构精度最高。

图4 DLP打印通孔结构

为了评估所选UA的细胞毒性,研究人员将C2C12细胞放置在含有不同浓度R1800和R1888的培养基中进行培养(图5)。当UA浓度超过0.5%时,含有R1888培养基中的细胞增殖情况明显弱于含有R1800的培养基,从而得知在保证打印精度的情况下,UA选用R1800更为合适。
图5 UA的细胞毒性测试

最后,研究人员通过对含有C2C12细胞的生物墨水进行了DLP生物打印来评估该PI/UA配比体系对细胞活性的影响,研究人员采用成分为4-PEGDA(8 w/v%)/ LAP(0.2 w/v%)/ R1800(0.5 w/v%)的生物墨水进行了载细胞打印,在培养的前14天内C2C12细胞的平均存活率都高于90%(图6)。最后,研究人员通过构建具有可灌注通道的复杂心脏结构,研究了该PI和UA配比下生物墨水用于DLP生物打印的可行性(图7)。

图6 DLP载细胞打印

图7 DLP打印复杂心脏

综上所述,该研究对载细胞生物打印中常用的PI和UA进行了筛选及优化,并根据PI和UA的基本功能对其各项理化及生物性能进行了评估,最后得到兼顾可打印性和细胞毒性的PI/UA最佳配比,该种生物墨水的组合方式在组织工程应用中具有一定的潜力。

(责任编辑:admin)

weixin
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