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DNA水凝胶3D打印研究获新成果
2017-06-22
是否有一天，生命体的器官可以实现3D打印并替代“原装”的器官？清华大学化学系刘冬生课题组合作的研究成果“DNA水凝胶”从材料上又向这一梦想迈进了一步。
最近，刘冬生课题组与英国瓦特大学Will Shu（舒文淼）等合作的DNA水凝胶材料成功地应用于活细胞的3D打印，该论文在《德国应用化学》（Angew. Chem., Int. Ed.DOI: 10.1002/anie.201411383）发表并配以“媒体推介”（Press Release）重点报道。该项成果被2月26日出版的《自然》（Nature）的研究亮点报道关注，Nature评价该材料是“一种非常有前景的打印三维组织和人工器官的材料”。
3D打印的不同尺寸的DNA水凝胶粒子（其中加入蓝色染料以增加可视性），经多次打印，最大尺寸可以达到厘米级并且可以自支撑。
Nature还评论说：“此凝胶可以通过多层打印实现厘米级结构的构建”，“有足够好的强度维持其形状、不塌缩也不溶涨，但可以被（特定的）DNA内切酶迅速解离”，“共同打印的活细胞可以保持活性”。
3D打印的三角形结构，边长1厘米。
水凝胶因其高含水量和类似于细胞外基质的特点，是三维组织打印和人工器官制备的首选基材，也因此成为化学、材料和生命医学领域研究的热点。但直到DNA水凝胶研发之前，还没有一种水凝胶材料能够同时满足活细胞三维打印所要求的细胞相容性、力学强度、通透性、快速成型等苛刻条件。
3D打印的清华大学英文缩写，每个字母约1平方厘米。
对于该项研究成果的突破点，刘冬生教授解释道：“此项成果的意义在于，我们制备了一类新的水凝胶材料，能够同时满足多项活细胞3D打印的需求：速度快，可以达到秒级成型；条件温和，过程完全在生理条件下完成，不涉及化学反应以及能够对细胞造成伤害的外界刺激；强度、通透性好，打印出来的产品最终尺寸可以达到厘米级别以上的尺度，不变形和软化，还能够保证细胞生长所需营养物质的输送；此材料还具有非常好的触变性和自修复性能，在细胞生长的同时可以不断改变自身的结构，能够在保证对细胞提供足够支撑的情况下不限制其扩增；更重要的是，此凝胶材料可以根据需要迅速分解不残留，为将来3D打印器官的活体移植创造了条件。”
当期Nature研究亮点报道，左下为DNA水凝胶有关阐述。
刘冬生课题组的科研工作得到了清华大学自主科研计划、国家自然基金委员会和科技部973计划的大力支持。
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