热敏可调水溶性聚合物模具制备多孔水凝胶的创新方法及其生物医学应用

《Polymer》：Thermally Sensitive and Tunable Water-Soluble Polymer Molds for the Preparation of Porous Hydrogels

为解决生物材料领域有机溶剂残留对细胞培养的潜在危害问题，研究人员开发了一种基于热敏性聚乙醇(PVA)的水溶性模具制备多孔水凝胶的新方法。通过熔融共混聚苯乙烯(PS)/PVA体系形成共连续结构，经退火调控孔隙尺寸(75-200 μm)，最终仅通过水温调控实现模具溶解，成功制备出具有全连通孔隙的藻酸钠水凝胶。该技术避免了有机溶剂接触，为再生医学和3D细胞培养提供了更安全的生物材料解决方案。

　　

在再生医学和3D细胞培养领域，多孔水凝胶因其与细胞外基质相似的三维结构和优异的生物相容性备受关注。然而传统制备方法需使用有机溶剂溶解聚合物模具，残留溶剂可能影响细胞活性，成为制约其临床应用的瓶颈。如何在不接触有机溶剂的条件下制备具有可控孔隙结构的水凝胶，成为亟待解决的科学难题。

加拿大研究人员在《Polymer》发表的研究中，创新性地利用热敏性聚乙醇(PVA)的水溶性特性，通过熔融共混PS/PVA体系形成共连续结构，经选择性提取和温度调控成功制备出无溶剂残留的多孔水凝胶。研究采用熔融挤出制备共混物，通过静态退火调控相形态，结合显微CT和扫描电镜表征孔隙结构，最终利用PVA在低温(<50°C)不溶、高温(>50°C)可溶的特性实现模具的安全去除。

3.1 PVA温度依赖性溶解行为
通过测定不同温度下PVA的溶胀溶解曲线，发现其在50°C以下仅溶胀不溶解，70°C时快速溶解，证实了温度调控模具溶解的可行性。

3.2 PS/PVA共连续体系的构建
熔融共混实验显示PS/PVA在61/39 vol%时形成共连续结构，界面张力测定值为1.5±0.3 mN/m。退火实验表明孔隙尺寸可从初始95μm调控至200μm，满足细胞生长所需尺寸范围。

3.3 多孔水凝胶的制备与表征
将4%藻酸钠(SA)溶液在2°C注入PVA模具，经Ca²⁺
交联后70°C去除模具。显微CT显示水凝胶完美复制模具结构，平均孔径128±44μm，孔隙率61%，证实该方法能精确控制孔隙特征。

该研究突破性地将热敏聚合物特性与熔融加工技术结合，建立了完全避免有机溶剂的水凝胶制备新范式。通过精确调控退火时间可实现孔隙尺寸的按需定制，为组织工程支架的标准化生产提供了新思路。研究还成功将该技术拓展至藻酸盐-壳聚糖双网络水凝胶体系，证实了方法的普适性。这种绿色安全的制备工艺有望加速多孔水凝胶在药物筛选、癌症治疗等生物医学领域的应用进程。