多層ハイドロゲルのインクジェット/スプレーハイブリッド印刷

多層ハイドロゲルのインクジェット/スプレーハイブリッド印刷
寄稿者: Jiao Tian、Lian Qin

インクジェット印刷は、1秒間に数万個の微小な液滴を印刷することができ、高精度の複雑なパターンを効率的に生成できるため、異質で複雑な生物組織の製造への利用が期待されています。インクジェット印刷技術の応用は、優れた印刷性能と高い生体適合性を備えたバイオインクと高精度の硬化成形方法の欠如によって妨げられています。

最近、韓国の浦項工科大学の Yoon らは、ゼラチンとメタクリル酸無水物を反応させてメタクリル化ゼラチン (GelMA) を得、その後、NaOH で GelMA を鹸化して鹸化 GelMA 材料 (sp-GelMA) を形成しました。図1に示すように、鹸化反応により、GelMAの分子鎖は短くなり(図1a)、粘度が低下し(図1b)、GelMA材料のインクジェット印刷が​​実現します(1c、1d)。材料の印刷性能とゲル化効率をさらに向上させるために、0.7% (w/v) のアルギン酸ナトリウムを sp-GelMA に混合しました。研究チームは、さまざまな濃度のsp-GelMAと0.7%(w/v)アルギン酸ナトリウムの混合材料の多孔性、圧縮弾性率、細胞適合性を比較しました。最適な材料比率は、0.7% (w/v) アルギン酸ナトリウムと 4.5% (w/v) sp-GelMA を混合したものであると判定されました。


図1 鹸化反応により、GelMAのレオロジー特性と印刷性能が向上しました。研究チームは、上記の材料とヒト真皮線維芽細胞を使用してバイオインクを作成し、インクジェットとスプレーのハイブリッド印刷を採用して、細胞を含む多層ハイドロゲル構造を製造しました。図2に示すように、生物学的インクを層ごとに印刷し、霧状の塩化カルシウム溶液を噴霧して架橋および硬化させることにより、多層ハイドロゲルが構築されます。印刷後、紫外線照射を使用して二次架橋および硬化を行い、高精度で優れた機械的特性を持つ多層ハイドロゲル構造を構築します。研究チームは、印刷された多層ハイドロゲルの生物学的評価を実施しました。印刷後、細胞はよく成長し、細胞の成長によって生成されたさまざまな分泌物が検出されました(図3)。


図2 インクジェット/スプレー印刷された多層ハイドロゲル 図3 (a) 印刷後8日目の細胞活動、(b) 細胞分泌物の染色(緑:コラーゲン、赤:線維性アクチン、青:細胞核)
研究チームが開発したバイオインクは、優れた印刷性能と細胞適合性を備えており、従来のインクジェット印刷インクの欠点を克服しています。インクジェットとスプレーのハイブリッド印刷法は、優れた機械的特性を持つ多層複合構造を効率的かつ正確に製造することができ、異種複合組織の製造への応用が期待されています。

参考文献:
1. Sejeong Yoon、Ju An Park、Hwa-Rim Lee、他「インクジェット・スプレーハイブリッド印刷による多層ハイドロゲル構造の3D自由形状製造[J]」Advanced Healthcare Materials、2018、1800050:1-10

寄稿者: Jiao Tian、​​Lian Qin 寄稿部署: 機械製造システム工学国家重点研究室

インクジェット、スプレー、ラミネーション、印刷、多層

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