绿光光氧化还原催化聚合优化用于细胞负载水凝胶3D打印的生物相容性研究

研究人员针对传统数字光处理(DLP)3D打印依赖有害紫外光的问题，开发了基于绿光激发的光氧化还原催化系统。通过优化以Eosin Y为光催化剂的聚丙烯酰胺体系(Resin 1)，实现了细胞负载水凝胶的高分辨率(<10 s)快速成型，为生物相容性组织工程构建提供了新方案。

　　

在组织工程和再生医学领域，3D生物打印技术正成为构建复杂组织样结构的重要工具。其中，数字光处理(Digital Light Processing, DLP)技术因其卓越的打印速度和精度备受关注。然而，传统DLP技术存在一个致命缺陷——必须使用高能量的紫外光进行光固化，这不仅会损伤细胞活性，还限制了其在含细胞结构制造中的应用。如何开发出既保持DLP技术优势又具备生物相容性的新型光聚合系统，成为当前生物材料领域亟待解决的关键问题。

针对这一挑战，德克萨斯大学奥斯汀分校的Lynn M. Stevens团队在《Biomacromolecules》发表重要研究成果。研究人员创新性地采用可见光区绿光作为激发光源，设计开发了基于Eosin Y光氧化还原催化剂的新型光聚合体系。通过优化聚丙烯酰胺基配方(Resin 1)，成功实现了含细胞水凝胶的高分辨率快速打印(<10秒)，为生物医学领域提供了更安全、更高效的3D生物打印解决方案。

研究主要采用以下关键技术方法：1) 绿光光氧化还原催化系统设计，以Eosin Y为催化剂；2) 聚丙烯酰胺基水凝胶配方优化；3) 数字光处理(DLP)3D打印技术；4) 细胞相容性评估体系。研究样本采用标准细胞系进行负载实验。

【绿光反应性光系统的开发】研究人员首先筛选了可见光响应的光氧化还原催化剂，最终确定Eosin Y在绿光波段(λ=520 nm)具有最佳激发效率。通过调控光引发剂浓度和光源强度，建立了高效的电子转移机制。

【水凝胶配方的优化】基于聚丙烯酰胺的Resin 1配方展现出优异的流变性能和光反应活性。动态力学分析表明，固化后的水凝胶具有适合细胞生长的机械性能(储能模量~10 kPa)。

【打印参数的精确控制】通过系统优化曝光时间(5-15 s)和光强(10-50 mW/cm²)，实现了50 μm级别的打印分辨率。时间分辨光谱证实了绿光催化过程的高效性。

【细胞相容性验证】负载L929成纤维细胞的打印实验显示，绿光处理组的细胞存活率(>90%)显著高于传统UV处理组(<60%)，证实了该系统的生物安全性。

研究结论部分强调，这项工作的创新性主要体现在三个方面：首次将绿光光氧化还原催化应用于3D生物打印；开发出兼具高分辨率和高生物相容性的打印系统；为复杂组织工程构建提供了新的技术平台。讨论部分指出，相比传统UV-DLP，该技术将光源生物毒性降低了70%以上，同时保持了优异的打印效率。未来通过进一步优化光催化剂体系和生物墨水配方，有望在器官芯片、个性化医疗等领域发挥更大作用。这项研究为下一代生物3D打印技术的发展指明了重要方向。