组织的呼吸：台湾科学家开发出用于器官打印的超多孔墨水

新型自组装壳聚糖氢凝胶：在极低浓度下实现稳定的3D打印

台湾大学的研究人员开发出一种基于两种壳聚糖衍生物（含没食子酰基和硼酸基团）的动态氢凝胶。该材料形成了双重自组装网络，使得在仅2 wt%的浓度下就能稳定打印复杂的3D结构——这比大多数现有生物墨水的浓度低数倍。

在Shan-hui Hsu教授的带领下，研究人员合成了两种改性壳聚糖：CG（含没食子酰基）和CB（含硼酸）。混合时，它们形成动态硼酸酯键，补充了溶液中各组分的物理自组装。

流变测量和小角X射线散射表明，CG和CB分别形成棒状簇。它们在CGB氢凝胶中的结合创造了一个具有增强短程有序性的紧凑分形网络。这同时赋予了材料剪切稀化（shear-thinning）、快速自愈能力以及足够的机械强度，使其在打印时不会坍塌。

该氢凝胶对葡萄糖具有敏感性：硼酸酯键在糖的存在下可逆地断裂，这为开发对生物标志物有反应的“智能”结构开辟了道路。同时，该材料完全基于壳聚糖——一种已被证实具有生物相容性、生物降解性和抗菌特性的天然多糖。

为什么这对人类很重要：传统的生物打印氢凝胶通常需要高浓度的聚合物（5–20 wt%），这会阻碍营养物质和氧气向结构内部细胞的扩散。新型CGB氢凝胶在2 wt%的浓度下即可工作，保持了高含水量和接近真实组织的孔隙率。这简化了复杂器官模型、血管网络、皮肤等效物和植入物的创建。

潜在应用：

• 再生医学和组织工程；
• 受葡萄糖水平控制的药物递送（适用于糖尿病）；
• 用于药物测试的实验室组织模型；
• 对炎症有反应的“智能”伤口敷料。

局限性：目前的工作展示的是体外（in vitro）打印。在生物体内的长期稳定性、对细胞的影响（细胞毒性、增殖）以及大型结构打印的可扩展性仍需进一步研究。对葡萄糖的敏感性虽然有用，但针对特定应用可能需要精确调整。

下一步计划：作者计划将CGB氢凝胶作为生物墨水与活细胞一起进行测试，并研究其在模拟生理环境下的表现。下一步是优化配方以提高强度，并添加其他功能基团。

基于壳聚糖的氢凝胶因原料易得且安全，长期以来一直备受关注。这种新型双动态网络解决了3D生物打印的一个关键问题——挤出时的流动性与打印后稳定性之间的平衡。如果该技术能够规模化，将有望显著加速从实验室原型向实际医疗产品的转化。