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出典: Shangpu Biotechnology
最近、ハーバード大学医学部のYu Shrike Zhang教授の研究グループは、「収縮と膨張によるエンジニアリング（バイオ）マテリアル」と題するレビュー記事をAdvanced Healthcare Materials誌に発表しました。この論文では、膨張性と収縮性のあるバイオエンジニアリング材料（4D材料）の変化メカニズムを包括的にまとめ、2種類の材料のバイオメディカル分野における応用シナリオを解説しており、非常に刺激的です。
はじめに<br /> 生物組織を正確に再現することに関しては、生物医学工学の分野の研究者は、細胞の複雑さと構造の複雑さという 2 つの大きな課題を克服するために長い間苦労してきました。
細胞の複雑さのパズルは、望ましい機能を持つ体細胞に分化できる幹細胞を使用することで解決できます。
構造の複雑さに関しては、2D と 3D の微小環境における細胞リモデリングの違いについての理解が深まっています。研究により、3D 微小環境は、細胞の行動を誘導し、細胞機能を制御するために、より生理学的に適切な条件を提供できることが示されています。そのため、3D バイオプリンティング技術などのさまざまなソリューションを通じて、組織を模倣した多くの機能的な 3D 構造が製造されてきました。
しかし、マクロスケールまたはナノスケールの構造、特にマルチスケールまたは階層構造の製造に関しては不確実性が残っています。これは克服すべき重大なハードルとなる可能性があります。なぜなら、マクロスケールからナノスケールへの移行は、異なる次元領域における組織機能の発達における決定的な要因となる可能性があるからです。
したがって、人工スキャフォールドの特定の構造を複数のスケールにわたって制御することは、標的組織の生物学的機能を形成する上で重要な役割を果たします。他の製造技術と比較して、バイオ 3D プリンティングは、構築された物体の構造的特徴を正確に制御する上で優れた利点を示します。
しかし、生体材料と製造技術の限界により、生体模倣スキャフォールドの固有の不均一性は、上記の方法を使用して直接製造することが困難です。収縮性および拡張性材料の最近の進歩により、ネットワーク間隔を変更してサイズや形状を変更できるようになり、サイズや形状の制御に対する補完的な戦略を提供することで、バイオ 3D 印刷製造技術の可能性がさらに効果的に拡大します。
本稿ではまず、材料科学の観点から、収縮または膨張する材料の最も代表的なメカニズムを詳細にまとめます。次に、pH、温度、膨潤、静電相互作用、ナノ粒子、または架橋後によって引き起こされるサイズ/形状の変化に対する最先端の設計戦略を解明します。その後、材料の収縮と膨張によって可能になる代表的な生物医学的応用について、特に 3D バイオプリンティング技術戦略によって製造されたものに焦点を当てて説明します。次に、この原則を他の有望な分野に拡張して、将来の展望を示します。
代表的な収縮・拡張メカニズム
温度：
外部刺激要因の 1 つとして、温度は制御が容易なため、材料のサイズ/形状の変化に対しておそらく最も広く使用されている刺激です。物質の相転移に関する重要な概念は臨界溶解温度と呼ばれます。この臨界溶解温度を超えると物質が可溶性から不溶性に変化すると、下限臨界溶解温度 (LCST) と定義されます。一方、上限臨界溶解温度 (UCST) は、相転移が逆の方法で発生することを特徴とします。つまり、物質は LCST を超える温度では不溶性であり、低温 (LCST 未満) で可溶性になります。温度応答性材料の膨張または収縮は、この可逆的な相変化の結果です。
pH値:
pH 刺激ハイドロゲルは、収縮性および膨張性ファミリーのもう一つの主要な分野です。このメカニズムは、ハイドロゲル ネットワーク内の側鎖基の性質に関連しており、周囲の環境の pH 値が変化するとイオン化されてハイドロゲル内の荷電イオンの密度のバランスが再調整されます。 2 番目はイオンの再分配で、同じ電荷を持つ隣接するハイドロゲル骨格間の静電反発の変化によってハイドロゲルが膨張または収縮します。
pH 感受性ハイドロゲルは、カチオン性ハイドロゲルとアニオン性ハイドロゲルに分けられます。カチオン性材料の膨張および収縮挙動は、ハイドロゲル内のカチオン性側鎖基の解離に依存します。周囲の pH がハイドロゲルの酸解離定数 (pKa) よりも低い場合、ハイドロゲル鎖上のアミノ/イミン基がプロトン化され、本質的に中和されたハイドロゲルが正に帯電し、膨張を引き起こします。帯電イオンが移動するとイオン濃度勾配が発生し、浸透圧の差によりハイドロゲルが膨張します。カルボキシメチルキトサンなどのアニオン性ハイドロゲルは、酸性基（カルボキシル基など）のイオン化により、より高い pH 値（> pKa）で膨潤挙動を示します。ハイドロゲルネットワーク内のイオン化された負に帯電した基によって引き起こされる同様の反発により、最終的な膨張が起こります。逆に、pH 値が反対方向に変化すると、pH 感受性材料の収縮挙動は逆の方向に発生します。
腫れ：
膨潤は、熱力学的に適合する溶媒中に置かれたハイドロゲルの基本的な挙動です。水分子と接触すると、これらの分子はハイドロゲル鎖と相互作用し、ネットワークに浸透します。したがって、非溶媒和ガラス相は可動バリアによって固体ハイドロゲル領域から分離されます。ゴム相のこのハイドロゲル ネットワークは膨張し、より多くの水分子がハイドロゲル ネットワークを満たすことができるようになります。このメカニズムは十分に確立されており、膨潤中のハイドロゲルの動的変形をリアルタイムで視覚化する新しい方法が開発されました。限定された形状におけるハイドロゲルの膨潤は、ゲルネットワークに共有結合したケージ化された光活性化蛍光体に基づいて監視されました。この技術の助けを借りて、この拡張プロセスは境界に到達するまで継続的な動きであると結論付けることができます。浸透圧とハイドロゲルネットワークからの弾性力がゲルの特定の体積で平衡に達すると、ハイドロゲルネットワークの伸張が停止し、この状態が維持されます。
ガス発泡：
従来のガス発泡技術では、ガス含有溶液またはガス発生溶液と混合することで多孔質ハイドロゲル構造を生成します。ガスがポリマー内の空間を占めるにつれて、ポリマー全体の体積が膨張します。ポリマーのガス発泡プロセスは、ガス/ポリマー溶液の準備、細孔の核生成、および気泡の体積膨張の 3 つのステップに分けられます。この技術の重要な開発は、ポリマーマトリックス内のガスの分布によって制御されるガス/ポリマー溶液の配合です。ただし、ガス拡散プロセスは一般に遅く、望ましい分布を達成するには複数のサイクルが必要になることがよくあります。そのため、ガス圧の上昇や溶液温度の上昇など、拡散速度を高めることに重点を置いたさまざまな技術が開発されてきました。
その他のメカニズム:
ナノ粒子は、生体適合性、標的化特性、および充填効率のため、長い間薬物送達媒体として使用されてきました。配位ポリマーや多孔質配位ネットワークの場合、ナノ粒子もネットワーク構造の調節に重要な役割を果たします。もう一つの興味深い戦略は、変形可能なナノ粒子を使用して、膨潤後のハイドロゲルの機械的特性を高めることです。ハイドロゲルが膨張した後、カプセル化された分子がリポソームから放出され、その後、元のハイドロゲル ネットワークの間に二次ハイドロゲル ネットワークの形成が誘発されます。したがって、この剛性の二重架橋ネットワークにより、標準的な膨潤ハイドロゲルと比較して機械的特性が向上します。このため、ナノ粒子の存在は、ハイドロゲルネットワーク内に空間を作成または除去することにより、膨張または収縮挙動を発達させる上で重要な役割を果たします。
架橋比の変化は、収縮性および膨張性の（バイオ）材料を設計するためのもう 1 つの有用なアプローチです。ハイドロゲルの光架橋の際には、不均一な光学密度分布のために、不均一な架橋ネットワークがしばしば見られます。不均一な膨潤はネットワーク内の異なる膨張率をもたらし、不均一な脱溶媒は異なる収縮度をもたらします。光重合中の光パターンを管理することで、架橋密度の空間分布を調整できます。この事実に基づいて、研究では、単一のハイドロゲルシート内での光架橋の程度の違いにより、3D ハイドロゲル フィルムが収縮または膨張して複雑な 3D 構造に変化できることが示されました。
収縮性材料の応用
再生医療と疾患モデル化<br /> バイオ 3D プリント技術は、生体内組織再生や生体外組織モデリングに広く使用されています。しかし、解像度の制限により、生成できる組織構造は実用性に欠ける場合があります。たとえば、ハイドロゲルをバイオインクとして使用する押し出しバイオプリンティングでは、通常、サブミリメートルの解像度が達成されます。この障害を克服するために、より顕著で便利な解像度の向上を実現するためのさまざまなアプローチが設計されてきました。
最近、著者らのチームは、バイオプリントされた構造の後処理によるバイオプリントの小型化と呼ばれる新しいアプローチ[1]を報告した。 3D バイオプリンティング用のバイオインクとして、アニオン性ハイドロゲルメタクリル化ヒアルロン酸 (HAMA) が選択され、その後、キトサンのカチオン溶液によって後中和されました。このアプローチにより、元のハイドロゲルと比較して、ハイドロゲルの高さと直径が約 61% 減少し、最終的に体積が 21% 減少しました。さらに、HAMA ハイドロゲルに埋め込まれた溶融電界紡糸印刷ポリカプロラクトン (PCL) メッシュ マイクロチャネル構造も調査されました。同じ収縮条件下では、製造されたマイクロチャネルは 39 μm から 10 μm に収縮し、単一の毛細管のサイズに近づきます。
また、同軸マイクロ押し出しバイオプリンティングにより小径血管を作製し、上記方法で内管径の最大収縮は670μmから90μmとなった。さらに、より小さなノズルを使用することで、より小さな管状構造が製造され、収縮後に約 30 ～ 150 μm のより小さな直径が達成されました。これにより、小径の血管や同様のサイズ範囲の他のカニューレ組織の設計における潜在的な生理学的関連性が示されました。
全体として、さまざまなバイオプリンティング収縮アプローチに関するいくつかの概念実証研究により、この独自の収縮バイオプリンティング戦略は潜在的に広範囲に適用可能で細胞に優しく、印刷精度を大幅に向上できるという結論に達しました。
体外診断<br /> 多機能ウェアラブルセンサーなどの診断機器の継続的な開発により、直接的なセンシング機能と正確な操作性を実現しています。しかし、診断の移植性と感度に関する重要な問題がまだ解決されていません。したがって、必要な機能を失うことなくサイズを小さくすることで、さらなる開発の可能性が広がります。ウェアラブルデバイスの柔軟性を向上させるために、サイズ/形状を変換する材料を使用するいくつかのアプローチが検討されてきました。
最近、Khineらは、形状記憶ポリオレフィンフィルムと薄い金属シートを統合した収縮誘発電極を報告した[2]。熱収縮後、薄い電極の体積は 95% 以上減少し、さらに重要なことに、より高い解像度と優れた導電性が得られます。特に、これらの結果は、フォトリソグラフィー単独や形状記憶材料を使用する他の方法よりも優れています。
収縮性材料と電極を組み合わせることで、特にフレキシブル電子デバイスで使用するための診断用医療機器のさらなる開発が可能になります。これを念頭に置いて、同じグループは、マイクロ流体チップ、ウェアラブルデバイス、細胞培養ツールなど、複数の医療/バイオメディカルデバイスを製造するための同様の戦略を開発しました。例えば、研究[3]では、ナノ構造とマイクロ構造を持つしわのあるカーボンナノチューブ（CNT）フィルムをEcoflexに埋め込み、上記の方法を使用してそれをより小さなサイズに縮小することで、ウェアラブルひずみセンサーを製造したと報告されています。このしわのある CNT フィルムは、本来の導電性を失うことなく、柔らかく伸縮性のあるエラストマー代替品と組み合わせることができます。収縮プロセスにより、センサーのひずみ測定の解像度が 750% 以上向上し、超高感度バイオセンサーが実現しました。したがって、膝、肘、指、足首などの関節に組み込むと、動きを感知し、病状を検出するのに十分な感度が得られます。
別の研究では、ヤン氏とその同僚は、3Dプリント法による光干渉効果を利用して色を反射するフォトニック結晶（PC）構造[4]を開発しました。波長は格子間隔の関数であるため、マトリックスが外部入力に応じて拡大または縮小すると、色が変化します。加熱時間を制御することで、反射色を正確にコントロールします。結果によると、縮小後の格子定数は 280 nm と小さくなり、蝶のスケールの最も微細な周期に匹敵し、機械仕様の 2 倍小さくなります。この収縮による着色アプローチは、マイクロスケールであらゆる次元の任意の色と構造を印刷する際の解像度の制限を克服するための代替アプローチとして機能する可能性があります。技術がさらに進歩すると、マイクロスケールでのより魅力的な比色構造が、他のデバイスとの統合のための強力なプラットフォームを提供します。
どちらのアプローチでも、機能パターンの小規模な製造と縮小が実現され、より高精度で操作性の高い診断機能を実現します。
マイクロナノ加工<br /> ナノテクノロジーは、薬物や遺伝子の送達、バイオイメージング、医療用インプラントへの応用について研究されてきました。たとえば、私と彼の同僚は、ナノスケールの 3D 構造を実現する ImpFab と呼ばれる 3D ナノファブリケーション戦略を発明しました。彼らは、酸または二価カチオンによる収縮によってナノスケールのサイズに縮小できるポリアクリレート/PAAmを足場材料として選択しました。フルオレセインの光退色によって生成されるフリーラジカル反応により、活性化されたフルオレセイン分子がハイドロゲル内の反応性アクリレート基と架橋します。 ImpFab では、DNA、タンパク質、小分子、またはナノ粒子を運ぶ蛍光分子が、2 光子リソグラフィーによってハイドロゲル マトリックスに堆積されます。収縮と脱水後、線形次元で 10 倍の収縮を示す機能的な 3D ナノ構造が得られました。特に、複数の材料を単一の構成で独立して堆積できます。
さらに、ImpFab テクノロジーは、他のより高速なパターン形成戦略を使用して、より大きな体積のナノ構造の製造にも適用できます。例えば、Chenらは超高速2光子重合法を開発した[6]。一般的な 2 光子リソグラフィーの連続レーザースキャンプロセス (速度 0.1 Hz) を使用する代わりに、超高速ランダムアクセスデジタルマイクロミラーデバイススキャナーが導入され、22.7 kHz の速度で並列ナノファブリケーション用の複数の焦点を制御および生成します。さらに、従来の2光子重合における限られた作動距離の問題を解決し、大規模製造の能力を拡大するために、Chichkovと彼の同僚は、より広い作動範囲を備えた改良されたシステムを実証した[7]。顕微鏡の対物レンズ、カバーガラス、浸漬油を一緒に液体材料の中に移動できます。彼らは、顕微鏡対物レンズの作動距離 170 マイクロメートルよりも大きい高さ 7 mm の 3D 構造の製造を実証しました。
4Dプリント
ティビッツ氏は2014年に4Dプリンティングを「3Dプリンティング＋時間」と定義しましたが、この数年でその定義は進化し、3Dプリントされた構造物の形状、特性、機能は、水、熱、光、pHなどの刺激にさらされると、時間の経過とともに変化するというようになりました。スマート材料は 4D プリントの基本要素であり、形状記憶材料、自己感知材料、適応材料、自己修復材料、意思決定材料など、多くのカテゴリに分類できます。一方、3D プリンティングでは、さまざまな刺激応答性材料を適切な形状で使用して対象オブジェクトを構築し、4D の変化に対して望ましい変形動作を生み出すことができます。 4D プリントにおける変形動作は、1D から 1D/2D/3D、2D から 2D/3D、3D から 3D のプロセスへの折り曲げ、曲げ、ねじり、表面のカール、収縮、または収縮を通じて生成および/または拡張できます。
Qi 氏と同僚らは、1D から 1D への構造の収縮が線形変形の形で起こることを実証しました。 [8] 収縮構造は、熱応答性形状記憶ポリマーとプログラムされた加熱サイクル刺激を使用することによって得られる。ただし、通常の形状記憶サイクリングでは、収縮中に以前に加えられた力を維持するために外力が必要です。この問題を克服するために、胡氏とその同僚は、異なる膨張係数を持つ熱応答性材料の組み合わせを発明し、平面シートを3D形状に変換して花のような構造を作り出した。 [9]
複雑な双曲面形状の形成は、平面内の水平方向および厚さ方向の成長勾配を必要とするため、単一材料の収縮と単純なパターン形成が課題となります。これを念頭に置いて、ルイス氏とその同僚は、曲線形状を作成するためのマルチマテリアル 4D 印刷プラットフォームを開発しました。 [ 10 ]
膨張性材料の用途
組織再生<br /> 組織の再生には、欠陥のある組織を置き換え、欠陥部分と周囲の組織を再形成するための代替の足場が必要になることがよくあります。本来の組織構造の再構築に関する重要な点は、その固有の異質性と複雑な生理学的構造であることが多いことです。たとえば、多くの組織は多孔性が高く、細胞の成長、酸素と栄養素の交換、老廃物の除去を促進する相互接続された孔のネットワークを備えています。したがって、代替品は、置換される本来の組織と構造的に類似しているが、機能的には同一である必要があります。機能的模倣性と細胞親和性の要件を考慮すると、多孔質構造は代替スキャフォールドを設計するための基本戦略となることがよくあります。その中で、電界紡糸技術は、相互接続されたネットワークを持つ高度に多孔質な足場を製造する上で大きな利点を提供します。さらに、この技術のさらなる改良、例えば同軸電界紡糸により、スキャフォールドの多孔性を高めることが行われました。しかし、これまでのところ、電界紡糸技術によって製造された構造のほとんどは、極めて小さな孔サイズを持つ密集したナノファイバー膜を特徴としています。最近、これらの膜内での細胞浸潤と組織リモデリングを改善するために、シンプルでありながら効果的な改変を行うことができる例がいくつか報告されています。
ある研究では、ガス発泡法を用いて積層された電界紡糸ナノファイバー膜をZ方向に沿って真の3D構造に拡張し、播種された細胞が成長して移動するのに十分なスペースを確保した[11]。このガス発泡電界紡糸スキャフォールドは、1 m NaBH4 水溶液で 24 時間処理した後、Z 方向に分離された層形態を示しました。結果として得られた厚さは、事前に拡張されたサンプルの約 36 倍となり、元のスキャフォールドよりも 83.6% 増加しました。拡張されたスキャフォールドでは、拡張されていないスキャフォールドと比較して、より多くの細胞浸潤と増殖が見られました。一方、結果は、拡大した足場において、より多くのマクロファージ浸潤と、より多くの M2 表現型細胞が見つかったことを示しました。これらの結果は、拡張されたステント内での免疫調節と新生血管形成の促進にプラスの影響を与えることを実証しました。上記の観察を考慮すると、拡張可能な足場は抗炎症特性を持つ組織再生足場として使用するのに有望な候補であると結論付けられました。
私たちのグループが行ったもう一つの興味深い応用は、拡張方法を備えたマイクロチャネル埋め込み紙デバイスを実証した[12]。私たちはまず、マトリックス支援 3D プリンティングを使用して、圧縮されたバクテリアセルロースナノファイバーに囲まれた灌流可能なマイクロチャネル構造を製造しました。次に、さまざまな濃度と浸漬時間で NaBH4 を正確に制御するガスバブリング戦略により、周囲の多孔質構造がより強化されたマイクロチャネルの完全性が維持され、空間的な細胞浸透と相互作用が改善されました。この研究は、効果的な血管組織モデルを確立するための補完的な戦略を提供し、ポイントオブケアの前臨床薬物スクリーニングへの応用に大きな可能性を示しています。
薬物送達システム<br /> ハイドロゲル材料は長年にわたり薬物送達に使用されてきました。たとえば、ハイドロゲルの固有のネットワーク構造により、内部に標的薬剤を充填することが可能になります。さらに、ハイドロゲル鎖上の豊富な官能基は、充填された薬剤を固定化するための結合機会を提供します。さらに重要なことは、化学物質や金属材料と比較して、ハイドロゲルは多くの臨床研究で非常に高い生体適合性を持つことが示されていることです。最後に、ハイドロゲルの調整可能な分解は、そのような材料を生体内での用途に利用する上で重要な役割を果たします。
一般的に、ハイドロゲルの膨潤特性により、充填された試薬がハイドロゲル ネットワークから放出されます。例えば、マグダッシらは薬物送達のためのハイドロゲルの膨潤特性を報告しており[13]、デジタル光処理ベースの3Dプリンティング手法を使用してスルホローダミンBを搭載したさまざまな構造を作製しました。リン酸緩衝液に 24 時間浸漬した後、さまざまな形状の構造物は元の大きさの 3 ～ 15 倍に膨張し、取り込まれたすべての染料分子が周囲の溶液に放出されました。また、彼らは、拡張サイズの変化が表面積と体積の比率に不可欠であり、それが印刷された 3D 立方体、円柱、マット、球、またはピラミッド構造とは異なることを観察しました。したがって、これらの発見から、複雑な形状の構造の形態が膨潤と薬物放出挙動に重要な役割を果たしているという結論に至りました。
pH などの生物物理学的刺激に対するハイドロゲルの収縮または膨張挙動は、薬物送達システムにおいて数多くの用途で利用されてきました。ウーらは、量子ドットを固定化したハイブリッドハイドロゲル（キトサン-ポリメタクリル酸、キトサン-PMAA）を開発し、これは異なるpH値で優れた膨潤特性を示した[14]。この膨張現象は、内部浸透圧によって引き起こされる静電反発の再分配に起因します。実際の実装では、ハイブリッドナノゲルの相-体積転移挙動は、さまざまな pH 値での周囲の環境への帯電負荷剤の放出に大きな影響を与えます。放出結果から、優れた抗腫瘍薬であるテモゾロミドは、自然環境よりも腫瘍部位の酸性条件下でより速く放出されることが示されました。その結果、この送達システムは顕著な抗腫瘍効果を示し、24 時間の培養後、B16.F10 メラノーマの生存率を 70% 以上減少させました。さらに、ハイドロゲルストランドに固定された量子ドットは腫瘍細胞のバイオイメージングの機会を提供し、細胞ベースの診断の成功を示しました。
温度応答性ハイドロゲルは、別の刺激応答性薬物送達プラットフォームとして、制御可能な薬物送達において重要な役割を果たします。たとえば、サイズ/形状が収縮および膨張する特性を持つ PNIPAAm ベースの材料は、薬剤の放出につながる可能性があります。 Xia氏らは、加熱下でPNIPAAmベースの共重合体でコーティングされた金ナノケージからドキソルビシンを効果的に放出する方法を提案した。 [15] レーザー照射下で温度が上昇すると、ポリマーコーティングが収縮し、ハイドロゲルネットワークの崩壊と金ナノケージの細孔の露出により薬剤が放出されます。放出プロセスは非常に迅速で、加熱後 1 分以内にバースト放出曲線を示し、わずか 10 分で充填された薬剤がすべて放出されました。
イメージングツール<br /> ImpFab プロセスとは対照的に、私たちはまず膨張性ポリマーを適用して細胞と組織の構造を物理的に拡張し、細胞と組織のイメージング結果を容易にしました。これは拡張顕微鏡法 (ExM) と呼ばれ、ラベル付け、ゲル化、消化、拡張、顕微鏡画像化を組み合わせたプロセスです。水中で膨潤後、最終的に約 4.5 倍の線膨張が記録されました。
ExM 戦略の出現に伴い、他の関連する拡張方法も提案されました。反復拡張顕微鏡法 (iExM) は、ex-ExM サンプルをさらに拡張できます。最初の膨潤性高分子電解質ゲル ネットワークは、化学的に切断可能な架橋剤を使用した元の ExM プロトコルに基づいて生成され、これにより最初のゲルが溶解し、2 回目の膨潤性ポリマーの埋め込みと膨潤のための空間が確保されました。 iExM は最終的に ≈4.5 × 4.5、つまり ≈20 倍の増幅を達成し、従来の顕微鏡を使用して 25 nm の細胞および組織のイメージング解像度を可能にしました。
4D プリント<br /> サイズ/形状変換動作に適用される収縮に加えて、伸張や折り畳みなどの他の 4D 印刷メカニズムでも拡張戦略が使用されます。ティビッツと共同研究者は、親水性UV硬化ポリマー[16]を使用してリング構造とディスク構造を作製し、直線的に伸張された構造、リング状に伸張された構造、または折り畳まれた構造を形成した。 UV 硬化ポリマーは、インクジェット プリンターを使用して硬質プラスチック部品と一緒に印刷され、架橋密度の低い 3D 構造を構築しました。その後、この構造は水にさらされ、元の体積の 200% まで膨張するハイドロゲルを生成しました。膨潤性ハイドロゲルと硬質プラスチックの比率を調整することで、制御可能な変形挙動を実現します。
ルイスらは、ハイドロゲルの膨潤特性に基づき、植物系に着想を得て、セルロース繊維を含むハイドロゲルインクを印刷し、植物細胞壁を模倣する可能性を研究した[17]。 2 層構造システムを使用し、上層と下層に異なる膨潤特性を持つインクを堆積させることで曲率を実現します。彼らは、円形と直交する二重層格子を組み合わせることで、ガウス曲率と機能的な折り畳み花の形状を作成することに成功しました。
記事の概要<br /> 全体的に、収縮可能および拡張可能な（バイオ）材料は、さまざまなメカニズムを通じて測定される、より制御可能で正確な変形方法を可能にする（バイオ）製造プラットフォームとして使用されてきました。これらの特性を利用して、組織再生、疾患モデル化、診断、4D（バイオ）プリンティング、薬物送達の分野で多数の生物医学的応用が追求されてきました。この進捗レポートでは、pH、温度、膨潤、静電相互作用、ナノテクノロジー、架橋速度などに基づく代表的なサイズ/形状変化メカニズムと、さまざまな分野における関連する生物医学的応用についてまとめています。将来的には、さまざまな（バイオ）製造技術を使用して処理された収縮可能および拡張可能な（バイオ）材料により、高度な細胞または薬物送達のための原位置組織インプラントやポータブル超高感度診断装置の開発に新たな可能性が開かれる可能性があります。より刺激的な戦略がさらに推進され、これらの刺激的な分野で新たな道が開かれ、このユニークなタイプの（バイオ）製造シナリオが強化されるでしょう。
参考文献
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