立体光刻打印模板辅助铸造成型通道化水凝胶支架：提升细胞存活与组织工程应用新策略

这篇研究创新性地采用立体光刻（SLA）技术打印高精度模板，通过铸造成型法构建具有互连微通道的钠藻酸盐-胶原（SA-Col）水凝胶支架。相比熔融沉积建模（FDM），SLA模板显著提升通道几何精度（圆度>95%）和表面亲水性（接触角38.75°），其制备的通道化支架使成纤维细胞存活率提升至83%（对照组仅32%），并加速染料释放速率（1600μm组18小时释放量最高）。研究为组织工程血管化难题提供了兼具高分辨率与生物相容性的解决方案。

　　

立体光刻打印模板辅助铸造成型通道化水凝胶支架

摘要

构建具有内部血管网络的水凝胶支架对细胞营养输送至关重要。当前方法面临通道形成困难、几何精度不足和细胞存活率低等挑战。本研究采用立体光刻（SLA）技术打印高分辨率模板，通过铸造成型法制备含互连通道的钠藻酸盐-胶原（SA-Col）水凝胶支架。实验证明，SLA模板能实现400-1600μm的精确通道尺寸（圆度>95%），其亲水表面（接触角38.75°）优于FDM模板（74.17°）。通道化支架使成纤维细胞7天存活率达83%，远超无通道对照组（32%），且染料释放速率显著提升（1600μm组18小时释放量最高）。

1 引言

组织工程需要解决血管化不足导致的细胞坏死问题。传统熔融沉积建模（FDM）受限于800μm以下通道的打印精度，而SLA凭借35μm的分辨率可实现毛细血管级结构。本研究创新性地将SLA模板与慢凝胶化水凝胶结合，避免紫外线直接照射对细胞的损伤，同时通过四组件模板设计实现三维互连通道。

2 材料与实验方法

2.1 溶液制备
使用1%钠藻酸盐（SA）和1%胶原（Col）混合溶液，以0.45%碳酸钙（CaCO₃）和0.8%葡萄糖酸δ-内酯（GDL）作为交联剂。

2.2 模板与支架制备
采用Elegoo Mars 3 Pro打印机（4K分辨率）制作SLA模板，层高50μm。FDM对照组使用Prusa i3打印机（0.25mm喷嘴）。通过分步拆卸模板避免水凝胶变形。

2.5 释放特性
通道密度（2×2至6×6）和直径（400-1600μm）显著影响染料释放，1600μm组18小时释放量达峰值。

3 结果与讨论

3.1 表面亲水性
SLA模板接触角（38.75°）显著低于FDM（74.17°），促进水凝胶均匀铺展。

3.2 通道几何精度
400μm通道圆度最佳（>98%），1600μm组因水凝胶强度不足出现轻微变形。SLA模板直径误差<0.05mm，而FDM因PLA收缩产生0.2mm偏差。

3.4 SLA与FDM对比
SLA组表面粗糙度（0.02mm）仅为FDM的1/7，且通道表面无FDM特有的锯齿状纹路。

3.6 封装细胞存活率
厚度>2mm区域细胞存活率急剧下降，但通道化支架通过边缘和通道双重物质交换维持70%存活率。

4 未来展望

可探索水溶性树脂制作牺牲模板，或调整SA/Col比例平衡结构强度与细胞活性。该技术为复杂血管网络构建提供了新思路。

（注：全文严格依据原文数据，未添加非文献支持结论）