近日，ACS applied and interfaces以封面文章形式發(fā)表了中國(guó)科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所在生物打印材料領(lǐng)域的最新進(jìn)展——Collagen-Based Thiol–Norbornene Photoclick Bio-Ink with Excellent Bioactivity and Printability（Doi:10.1021/acsami.0c16714）。該研究首次合成的降冰片烯修飾的光固化膠原蛋白可快速響應(yīng)光刺激，構(gòu)建高分辨率、含活細(xì)胞的類生命結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了先進(jìn)生物制造技術(shù)細(xì)胞載體材料的重大進(jìn)展。

類生命機(jī)器人及活體器官的制造是機(jī)器人領(lǐng)域的前沿方向，然而，目前體外碳基類生命機(jī)器人構(gòu)建的基礎(chǔ)材料不易同時(shí)滿足可加工性和良好的生物相容性。膠原蛋白是人體細(xì)胞外基質(zhì)的主要成分，具有較好的生物相容性，是最常用的生物材料之一。但含有細(xì)胞的膠原蛋白的制造精度和生物活性者兩個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)始終難以獲得平衡：低濃度的含細(xì)胞膠原由于成型速度慢、力學(xué)強(qiáng)度差，不易加工出理想的結(jié)構(gòu)；高濃度的含細(xì)胞膠原具有剪切變稀的特性，具有較好的可加工性能，但由于自組裝纖維網(wǎng)絡(luò)過于密集，細(xì)胞很難生長(zhǎng)。

沈陽自動(dòng)化所器官制造課題組的科研人員使用雙功能的光敏基團(tuán)，改性了天然的膠原蛋白，在維持其完整分子結(jié)構(gòu)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了等電點(diǎn)的轉(zhuǎn)變和秒級(jí)光交聯(lián)固化，提高了膠原蛋白的中性溶解度及成型速度，克服了困擾膠原打印多年的關(guān)鍵難題，使膠原蛋白成了一種可精密加工的活細(xì)胞載體。科研人員通過測(cè)試，證明了該材料具有媲美天然膠原的細(xì)胞增殖和伸展活性；并且可通過多種方式進(jìn)行精密的加工和制造?？蒲腥藛T在這種新型膠原凝膠中構(gòu)建了血管和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，為類生命機(jī)器人的營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)和神經(jīng)控制提供了新的基質(zhì)材料選擇。

長(zhǎng)期以來，沈陽自動(dòng)化所器官制造課題組專注于先進(jìn)生物打印裝備的開發(fā)及其生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用，致力于構(gòu)建體外器官以改善患者的生活質(zhì)量。研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)的神經(jīng)支架、椎間融合器等技術(shù)已進(jìn)入科研臨床。研究成果先后發(fā)表在Biofabrication、ACS applied material and interfaces等期刊上。

該研究工作得到科學(xué)技術(shù)部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金、機(jī)器人學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（中國(guó)科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所）項(xiàng)目的支持。