茶多酚處理顯著增強(qiáng)水凝膠的力學(xué)性能，3D打印天然聚合物支架力學(xué)性能得到強(qiáng)化

供稿人：焦天 連芩 供稿單位：西安交通大學(xué)機(jī)械制造系統(tǒng)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室　


天然高分子水凝膠具有生物安全性，是一類不可替代的生物材料，然而，其較差的力學(xué)強(qiáng)度嚴(yán)重限制了其作為結(jié)構(gòu)組織工程支架的應(yīng)用。

為解決天然高分子水凝膠力學(xué)性能差的問題，天津大學(xué)的Wu Tengling等人從中國傳統(tǒng)小吃茶葉蛋得到啟發(fā)，只需簡單地浸泡在茶葉中，就可以使蛋白質(zhì)凝膠硬化。主要是茶葉中含有一種叫做茶多酚的物質(zhì)，通過茶多酚與聚合物的氫鍵作用可以增強(qiáng)水凝膠的力學(xué)性能。

該團(tuán)隊(duì)對(duì)GelMA（甲基丙烯酸酰化明膠）和瓊脂糖水凝膠進(jìn)行了茶多酚處理。經(jīng)茶多酚處理天然聚合物水凝膠的力學(xué)性能顯著增強(qiáng)，與原始水凝膠相比，其拉伸/壓縮強(qiáng)度、楊氏模量、斷裂伸長率和斷裂韌性分別增加了19/30、8.4、6.1、72倍。經(jīng)茶多酚處理的天然聚合物水凝膠可以抵抗不同的大變形。在水溶液中，經(jīng)茶多酚處理的天然聚合物水凝膠水凝膠雖然隨著茶多酚的釋放強(qiáng)度有所下降，但仍能保持較強(qiáng)的力學(xué)性能，其含水量、抗菌和抗氧化活性均有所提高。

圖1 茶多酚處理的水凝膠力學(xué)性能顯著增強(qiáng)

為了探究茶多酚處理的GelMA水凝膠對(duì)于創(chuàng)傷修復(fù)的效果。該團(tuán)隊(duì)對(duì)SD大鼠的創(chuàng)傷分別使用3D打印的GelMA水凝膠和茶多酚處理的GelMA水凝膠進(jìn)行覆蓋，另外設(shè)置未處理的傷口作為空白對(duì)照組。在移植后12天觀察傷口的愈合效果，結(jié)果顯示覆蓋經(jīng)過茶多酚處理的GelMA水凝膠的傷口愈合率顯著高于其他兩組，證明經(jīng)茶多酚處理的GelMA水凝膠可以促進(jìn)全層皮膚缺損模型的傷口愈合。

通過茶多酚處理，薄弱的3D打印天然聚合物支架不僅力學(xué)性能得到了顯著強(qiáng)化，而且抗菌和抗氧化活性得到提高，增強(qiáng)了天然聚合物的能力，擴(kuò)寬了其應(yīng)用范圍，該研究對(duì)于生物材料開發(fā)有著非常重要的意義。


參考文獻(xiàn)：

    Wu T, Cui C, Fan C, Xu Z, Liu Y, Liu W. Tea eggs-inspired high-strength natural polymer hydrogels. Bioactive materials, 2021, 6, 2820-2828.