中科院理化所高性能水溶性雙光子光功能材料及仿生水凝膠微納3D打印研究獲進(jìn)展

來(lái)源： 理化技術(shù)研究所

中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所仿生智能界面科學(xué)中心有機(jī)納米光子學(xué)實(shí)驗(yàn)室研究員鄭美玲團(tuán)隊(duì)近期在水溶性雙光子引發(fā)劑設(shè)計(jì)及應(yīng)用方面取得進(jìn)展。在前期工作的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提出了高性能水溶性雙光子光功能材料分子設(shè)計(jì)思想與策略，有效提高了雙光子吸收截面和生物相容性，解決了非水溶性材料的雙光子吸收特性與水溶性難以兼顧的難題，設(shè)計(jì)合成了一系列高效水溶性雙光子引發(fā)劑，并應(yīng)用于仿生3D水凝膠結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑。相關(guān)研究成果發(fā)表在ACS Applied Materials and Interfaces上。

圖1.離子型π共軛水溶性雙光子引發(fā)劑的設(shè)計(jì)與合成

圖2.量子化學(xué)模擬主客體化學(xué)相互作用

圖3.仿生3D水凝膠細(xì)胞支架的構(gòu)筑

研究人員在利用離子型π共軛體系以提高雙光子引發(fā)劑的水溶性和雙光子吸收特性的同時(shí)，還通過(guò)結(jié)合不同的疏水基團(tuán)調(diào)節(jié)其生物相容性。在水相環(huán)境下的雙光子聚合過(guò)程中，利用具有相對(duì)較大內(nèi)腔尺寸和良好的水溶性的葫蘆脲7作為主體對(duì)引發(fā)劑分子進(jìn)行包結(jié)，通過(guò)改變聚合微環(huán)境，進(jìn)一步提高了雙光子吸收截面，從而提高了引發(fā)效率。等溫量熱滴定測(cè)試和量子化學(xué)模擬結(jié)構(gòu)顯示主客體化學(xué)相互作用后絡(luò)合物的最佳絡(luò)合比為1:1。研究人員利用這種新型水溶劑引發(fā)劑結(jié)合水溶性單體，設(shè)計(jì)了組分簡(jiǎn)單的水相聚合光敏材料，并且實(shí)現(xiàn)了聚合閾值僅為3.7 mW、最細(xì)線寬180 nm的水相環(huán)境中的高精細(xì)仿生水凝膠結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑。



研究人員利用該光敏體系實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)保真度和力學(xué)性能良好的仿生3D水凝膠細(xì)胞支架結(jié)構(gòu)的3D打印，研究了細(xì)胞在支架上的生長(zhǎng)行為，熒光探針標(biāo)記和顯微成像研究證實(shí)了該類引發(fā)劑具有良好的生物相容性，這為水凝膠材料在組織工程領(lǐng)域中的應(yīng)用提供了科學(xué)依據(jù)。



據(jù)悉，研究工作得到科學(xué)技術(shù)部納米科技重點(diǎn)專項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)面上基金、中科院國(guó)際伙伴計(jì)劃等的支持。