摘要：大家好，今天一起来了解一种适用于多模式生物打印的物理交联明胶生物墨水（Gel-X）。该研究发表于《Interdisciplinary Medicine》，通过明胶、结冷胶与 Laponite XLG 的复合配方，解决了传统生物墨水打印性差、机械强度不足及降解不

大家好，今天一起来了解一种适用于多模式生物打印的物理交联明胶生物墨水（Gel-X）。该研究发表于《Interdisciplinary Medicine》，通过明胶、结冷胶与 Laponite XLG 的复合配方，解决了传统生物墨水打印性差、机械强度不足及降解不可控的问题。这种生物墨水无需化学交联剂，制备时间仅需 1 小时，为组织工程和再生医学提供了可持续的解决方案。

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一、研究背景与目的

技术挑战：3D 生物打印虽在心脏、软骨等组织构建中展现潜力，但现有生物墨水难以同时满足打印精度、生理稳定性及无毒性需求。传统明胶作为生物墨水时，在 37℃生理温度下会快速降解，而化学改性的 GelMA 需光引发剂，存在细胞毒性风险。

创新目标：开发 Gel-X 生物墨水，通过物理交联（静电作用与氢键）增强性能。其中，结冷胶与明胶形成静电网络，Laponite XLG 纳米粘土强化机械强度，蔗糖维持生理渗透压并改善柔韧性。

二、实验方法

2.1 生物墨水制备

将 6%-12% 明胶、0.25% 结冷胶、1.0%-2.0% Laponite XLG 与 0.28M 蔗糖混合，60℃搅拌 1 小时，无需化学修饰。

2.2 性能表征：

化学结构：FTIR 光谱分析成分间的键合作用。

电荷特性：Zeta 电位测定明胶等电点（pH 7.2），pH 测试评估墨水稳定性。

流变性能：流变仪测试剪切稀化与触变性，模拟打印过程中的流体行为。

微观结构：FE-SEM 观察孔隙率与孔径，分析聚合物网络致密性。

2.3 生物打印与细胞实验

使用 RegenHU 3D 生物打印机，结合挤压与喷射技术构建细胞负载结构，通过镊子提起测试、压缩测试评估机械稳健性，PrestoBlue® 测定细胞活力。

三、结果与讨论

3.1 材料性能：

网络构建：Laponite XLG 通过静电作用与明胶、结冷胶形成 “卡片房” 结构，增强机械强度。含 2.0% Laponite XLG 的墨水压缩模量比纯明胶高 3 倍。

流变特性：Gel-X 在剪切速率 1000 s⁻¹ 时粘度下降 90%，且剪切停止后粘度快速恢复（2.0% Laponite 组恢复率达 228.5%），确保打印结构不坍塌。

热稳定性：纯明胶在 34℃以下软化，而 Gel-X 的凝胶点超 50℃，37℃时 tanδ（损耗模量 / 储能模量）仅 0.17-0.30，表现为固态特性。

3.2 降解与生物相容性

14 天降解实验中，2.0% Laponite 组质量保留率达 79.1%，而纯明胶 1 小时内完全溶解。细胞实验显示，1.0%-1.5% Laponite 浓度下成纤维细胞增殖良好，高浓度（2.0%）可能因离子释放抑制细胞活性。

3.3 多模式打印

挤压打印构建支架，喷射打印精准铺展细胞，成功制备金字塔、网格等复杂结构，14 天后机械模量从 2.95 kPa 提升至 11.03 kPa，归因于 Laponite 老化与离子交联。

四、结论与展望

Gel-X 生物墨水通过物理交联实现了打印性、机械强度与降解可控的平衡，且制备成本低、无化学毒性，适用于多模式生物打印。未来可探索非动物源明胶（如鱼源）及优化 Laponite 浓度，以拓展临床应用。该研究为 3D 生物打印在组织修复、器官移植等领域的转化提供了关键技术支撑。

一起来做做题吧

1、传统明胶作为生物墨水的主要缺陷是？

A. 制备成本高

B. 机械强度差且热稳定性不足

C. 依赖光引发剂

D. 细胞毒性强

2、Gel-X 生物墨水制备时，Laponite XLG 的最大添加浓度为？

A. 0.5% w/v

B. 1.0% w/v

C. 1.5% w/v

D. 2.0% w/v

3、下列哪项不是 Laponite XLG 对 Gel-X 的作用？

A. 增强机械强度

B. 改善剪切稀化特性

C. 提高热稳定性

D. 加速降解速率

4、多模式生物打印中，Gel-X 的挤压打印与喷射打印结合的主要目的是？

A. 提高打印速度

B. 实现细胞均匀分布

C. 降低耗材成本

D. 简化操作流程

5、Gel-X 未来优化的方向不包括？

A. 探索非猪源明胶（如鱼源）

B. 优化 Laponite XLG 浓度以平衡机械性能与细胞相容性

C. 开发化学交联剂以增强稳定性

D. 拓展临床组织修复应用

6、Gel-X 生物墨水的剪切稀化特性主要归因于？

A. 明胶的温度敏感性

B. Laponite XLG 的片层结构

C. 结冷胶的凝胶化作用

D. 蔗糖的增塑效应

7、Gel-X 在 37℃生理温度下仍保持固态，主要因为？

A. 明胶的高浓度交联

B. Laponite XLG 与聚合物的物理交联

C. 结冷胶的热不可逆凝胶化

D. 蔗糖的渗透压维持作用

8、Gel-X 中 Laponite XLG 浓度过高（如 2.0%）对细胞的主要影响是？

A. 促进细胞增殖

B. 抑制细胞活力（可能因离子释放）

C. 无显著影响

D. 加速细胞分化

参考文献：

W. L. Ng, et al. Physically crosslinked gelatin bio-inks with enhanced printability, degradation and mechanical robustness for multi-modal bioprinting, Interdiscip. Med. 2025, e20250058.

来源：知识泥土六二三