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打印研究獲進展

來源： 理化技術(shù)研究所

中國科學院理化技術(shù)研究所仿生智能界面科學中心有機納米光子學實驗室研究員鄭美玲團隊近期在水溶性雙光子引發(fā)劑設(shè)計及應用方面取得進展。在前期工作的基礎(chǔ)上，進一步提出了高性能水溶性雙光子光功能材料分子設(shè)計思想與策略，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)計合成了一系列高效水溶性雙光子引發(fā)劑，并應用于仿生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)計與合成

圖2.量子化學模擬主客體化學相互作用

圖3.仿生3D水凝膠細胞支架的構(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，還通過結(jié)合不同的疏水基團調(diào)節(jié)其生物相容性。在水相環(huán)境下的雙光子聚合過程中，利用具有相對較大內(nèi)腔尺寸和良好的水溶性的葫蘆脲7作為主體對引發(fā)劑分子進行包結(jié)，通過改變聚合微環(huán)境，進一步提高了雙光子吸收截面，從而提高了引發(fā)效率。等溫量熱滴定測試和量子化學模擬結(jié)構(gòu)顯示主客體化學相互作用后絡合物的最佳絡合比為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)計了組分簡單的水相聚合光敏材料，并且實現(xiàn)了聚合閾值僅為3.7 mW、最細線寬180 nm的水相環(huán)境中的高精細仿生水凝膠結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑。



研究人員利用該光敏體系實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)保真度和力學性能良好的仿生3D水凝膠細胞支架結(jié)構(gòu)的3D打印，研究了細胞在支架上的生長行為，熒光探針標記和顯微成像研究證實了該類引發(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)域中的應用提供了科學依據(jù)。



據(jù)悉，研究工作得到科學技術(shù)部納米科技重點專項、國家自然科學基金委員會面上基金、中科院國際伙伴計劃等的支持。