光交联胶原/聚三亚甲基碳酸酯杂化多孔网络构建及其力学性能优化研究

为解决胶原支架力学性能差的问题，荷兰特文特大学团队通过甲基丙烯酸化修饰不溶性胶原(ICol-MA)和聚三亚甲基碳酸酯(PTMC-tMA)，在DMSO/HCl体系中构建光交联杂化网络。研究证实17:83 wt%比例的杂化网络显著提升力学性能（弹性模量4.9 MPa，断裂伸长率26.6%），且乙酸溶剂制备的ICol-MA网络展现最佳韧性（20.7 N mm-2）。该研究为组织工程支架设计提供了新策略。

　　

胶原作为天然生物材料在组织工程中具有巨大潜力，但其脆弱的力学性能长期制约临床应用。传统化学交联方法虽能部分改善性能，却难以兼顾生物相容性与机械强度。更棘手的是，胶原与合成高分子的杂化面临溶剂兼容性挑战——亲水性的胶原与疏水性聚合物如聚三亚甲基碳酸酯(PTMC)难以在统一溶剂体系中均匀分散。

荷兰特文特大学（University of Twente）生物工程技术团队另辟蹊径，通过甲基丙烯酸化修饰不溶性胶原(ICol-MA)和PTMC(PTMC-tMA)，创新性地采用DMSO/HCl混合溶剂体系，成功构建光交联杂化多孔网络。研究发现，当ICol-MA与PTMC-tMA以17:83 wt%比例组合时，杂化网络展现出优异的综合性能：干态下弹性模量达4.9 MPa，断裂伸长率提升至26.6%，显著优于纯胶原网络。更令人惊喜的是，在乙酸溶液中光交联的ICol-MA网络展现出20.7 N mm^-2的超高韧性，比传统EDC/NHS交联胶原网络提升5倍。这项突破性成果发表于《Biologicals》，为可缝合组织工程支架设计提供了新范式。

研究采用三大关键技术：1）通过羟基胺-Fe(III)比色法测定胶原甲基丙烯酸化程度(DF=24%)；2）¹H NMR表征PTMC-tMA功能化率(96%)；3）冷冻干燥结合紫外交联构建多孔网络，通过ATR-FTIR验证组分比例。

【材料功能化】

甲基丙烯酸化胶原在乙酸中保持67 nm特征带状结构，而DMSO/HCL处理会导致结构破坏，这解释了乙酸体系ICol-MA网络更优的力学性能。PTMC-tMA通过三臂星型结构设计（M_n=21 kg/mol）确保良好溶解性。

【网络表征】

ATR-FTIR证实杂化网络组分比例与设计值一致（17:83 wt%网络偏差<1%）。DSC显示相分离结构（T_g=-14°C），SEM观察到PTMC网络特有的长薄孔道结构。

【力学性能】

干态下17:83 wt%杂化网络展现最佳韧性（4.5 N mm^-2），湿态缝合保留强度(SRS)达0.3 N/mm，显著优于纯胶原支架。乙酸体系ICol-MA网络的湿态断裂能(7.6 N mm^-2)是DMSO/HCL体系的4.8倍。

该研究不仅证实光交联杂化策略可突破胶原力学瓶颈，更揭示了溶剂选择对材料性能的深远影响。虽然DMSO/HCL破坏胶原原纤维结构，但其作为"必要妥协"实现了疏水-亲水聚合物的共加工。研究为创伤修复、疝修补等需要高机械强度支架的临床应用提供了新思路，后续可通过优化PTMC分子量及交联密度进一步提升性能。Bas van Bochove等学者的工作标志着生物材料从"仿生"向"性能定制"的重要跨越。