这篇论文的研究内容由海德堡大学的Philipp Mainik和Eva Blasco及其所在团队完成，研究成果发表在《Small》期刊上。该研究聚焦于模仿细胞外基质（ECM）在生物医学应用中的潜力，特别是通过三维激光打印技术制造具有可逆温度响应的胶原蛋白微结构。
细胞外基质是细胞生长和功能的重要环境，其主要成分之一是胶原蛋白。胶原蛋白不仅为细胞提供结构支持，还在细胞间的信号传递中发挥重要作用。因此，开发能够模拟ECM的生物材料对于组织工程和再生医学至关重要。近年来，随着3D打印技术的发展，研究者们开始探索如何利用这些技术制造复杂的生物材料结构，以更好地支持细胞生长和组织再生。
本研究采用了一种新型的胶原蛋白甲基丙烯酰胺（ColMA）墨水系统，该系统在室温下稳定，能够通过商业化的双光子3D激光打印机进行精确打印。研究团队首先优化了ColMA的配方和打印参数，以实现高分辨率的3D微结构制造。通过对打印过程的细致调控，研究者们成功制造出具有可逆温度响应的胶原蛋白微结构。
在实验中，研究者们观察到这些打印的微结构在多次加热和冷却循环中表现出完全可逆的响应，表明胶原蛋白的折叠和展开过程得以成功实现。这一实验观察得到了分子动力学模拟的支持，进一步验证了胶原蛋白在3D打印材料中的自组装能力。研究中使用的Nanoscribe设备Photonic GT2为实现高分辨率打印提供了必要的技术支持，使得研究团队能够在微米级别上精确控制打印过程。
在研究过程中，团队面临了多个技术挑战。首先，传统的胶原蛋白打印技术通常需要高能量激光和定制设备，这限制了其在生物医学应用中的广泛使用。为了解决这一问题，研究者们通过化学改性胶原蛋白，降低了打印所需的激光能量，从而使得该技术更具可行性。其次，保持胶原蛋白的三重螺旋结构在打印过程中的稳定性也是一大挑战。研究团队通过在0.02 M醋酸介质中溶解ColMA，成功提高了其热稳定性，并通过紫外圆二色谱（UV-CD）光谱学验证了胶原蛋白的折叠状态。
本研究的成功为未来的生物材料开发提供了新的思路。通过调节胶原蛋白的来源或引入合成胶原蛋白模拟片段，研究者们可以进一步调控材料的温度响应特性。这种新型的响应机制不仅为设计具有可调体积和分子结构的生物材料奠定了基础，还可能在组织工程、药物释放系统和生物传感器等领域展现出广泛的应用前景。此外，研究团队的工作为探索细胞迁移和组织组装的生物学研究提供了新的平台。通过制造更复杂的3D微结构，研究者们可以更深入地理解细胞在ECM中的行为，从而推动再生医学和组织工程的发展。
总之，其团队在胶原蛋白3D打印领域的研究，不仅展示了新型生物材料的潜力，还为未来的生物医学应用开辟了新的方向。随着技术的不断进步和材料科学的发展，响应性生物材料的研究将为解决许多生物医学难题提供新的解决方案。
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https://doi.org/10.1002/smll.202408597