目前臨床上對小口徑管狀結(jié)構(gòu)支架（Φ < 6 mm）的需求長期處于供不應(yīng)求的狀態(tài)，給小口徑管狀組織工程再生重建領(lǐng)域的應(yīng)用帶來了巨大的機遇及挑戰(zhàn)。盡管同軸三維（3D）打印技術(shù)在模擬構(gòu)建人體小口徑微管組織方面已取得較大進展，但是通過這些方法所構(gòu)筑的微管普遍存在力學(xué)性能不足、固有溶脹特性難以控制等缺陷，這嚴重阻礙了其作為承載管狀組織的醫(yī)學(xué)應(yīng)用。為了解決上述存在的問題，開發(fā)兼具可打印、優(yōu)異力學(xué)性能能和生物相容性的高強度打印墨水具有重大的研究價值和意義。
高強度水凝膠已被證實可作為3D打印的理想候選墨水，所構(gòu)建復(fù)雜結(jié)構(gòu)的支架，具有機械穩(wěn)定性，可用于承力組織再生與功能重塑重建。近日，中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院醫(yī)藥所人體組織與器官退行性研究中心阮長順研究員團隊、潘浩波研究員團隊與天津大學(xué)材料學(xué)院劉文廣教授團隊合作，成功開發(fā)了基于納米粘土（Nanoclay）/?N-丙烯酰甘氨酸酰胺（NAGA）/明膠甲基丙烯酰（GelMA）構(gòu)筑了一種氫鍵增強的高強度納米復(fù)合醫(yī)用水凝膠墨水（簡稱CNG?打印墨水），結(jié)合3D同軸打印技術(shù)成功構(gòu)建具有高韌性、超拉伸性、抗壓性、快速自恢復(fù)性能的小口徑微管，其中拉伸強度高達22 MPa，拉伸率高達500%，楊氏模量約21 MPa，抗疲勞性能可達200次循環(huán)，爆裂壓力約為2500 mmHg，縫合線保持強度達280 gf，其性能遠優(yōu)于先前打印的微管。該相關(guān)研究成果以“Coaxial Scale-up Printing of Diameter-tunable Biohybrid Hydrogel Microtubes with High Strength, Perfusability and Endothelialization”為題，發(fā)表在Advanced Functional Materials。論文通訊作者為阮長順研究員、潘浩波研究員和劉文廣教授，第一作者為深圳先進院博士研究生梁青飛。
高強度打印墨水的可打印性分析
聚N-丙烯酰甘氨酸酰胺（PNAGA）水凝膠（Adv. Mater 2015, 27:3566-3571）是一種具有熱塑性和自身修復(fù)特性的高強度超分子聚合物，而甲基丙烯酰化明膠（GelMA）是一種化學(xué)改性明膠基生物高聚物，由于其光誘導(dǎo)凝膠化、生物相容性、生物降解性以及生物活性，已被廣泛應(yīng)用于組織再生支架的生物墨水制備。然而，可打印性差、力學(xué)性能不足等問題嚴重阻礙了其應(yīng)用，尤其是在承載組織結(jié)構(gòu)的三維打印中。因此，本研究利用納米黏土觸變特性和增稠作用，構(gòu)建了新型混合高強度水凝膠3D打印墨水，成功實現(xiàn)3D同軸打印技術(shù)高強度小口徑類血管支架的構(gòu)建（圖1 A）。通過調(diào)節(jié)打印墨水成分（Clay/NAGA/GelMA）組成（圖1 B），實現(xiàn)其優(yōu)異的可打印性能，取決于納米粘土和聚合物鏈之間的物理互穿作用，可導(dǎo)致這種打印墨水呈現(xiàn)出完美的可打印性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，顯著地提高了打印具有尺寸可調(diào)和可伸縮微管的沉積精度（圖1 C-D）。
圖3?CNG水凝膠小口徑微管的拉伸機械性能分析
A-B）CNG水凝膠小口徑管狀支架的拉伸；C）楊氏模量；D-E）循環(huán)拉伸；F-G）循環(huán)拉伸測試前后樣品變化圖。
圖4?CNG水凝膠小口徑微管的爆破壓、斷裂縫合性能和承重性能分析
A-B）CNG水凝膠小口徑微管的爆破壓、斷裂縫合性能和承重性能；C-D）CNG水凝膠小口徑微管的承重性能檢測（C-D）及變形率統(tǒng)計圖（E-G）。
