这篇论文的研究内容由上海大学的Lijun Men极其所在团队完成，研究成果发表在《RSC Advances》期刊上。研究的核心是开发一种具有可调机械性能和导电功能的生物相容性聚合物，旨在解决现有光敏材料在生物医学应用中的局限性，尤其是在三维打印技术中的应用。
随着生物医学工程的快速发展，三维打印技术在组织工程、药物传递和生物传感器等领域的应用越来越广泛。尤其是双光子聚合（TPP）技术，因其高分辨率和简单的工艺流程，成为制造复杂三维微纳结构的关键技术。然而，现有的光敏材料在机械可调性和功能材料掺杂方面存在不足，限制了功能性生物设备的制备。为了解决这些问题，研究团队提出了一种新型的TPP可打印聚合物配方，具备良好的机械可调性、高分辨率、强功能可扩展性和优异的生物相容性。
在研究过程中，团队首先选择了多种材料，包括BisGMA、SR348OP、PEG600DMA和MXene，设计了不同的光敏树脂配方。通过调节各组分的比例，研究人员能够实现聚合物的机械性能调节。研究团队使用Nanoscribe公司的Photonic Professional (GT)系统进行TPP打印，该系统能够在亚微米到毫米的范围内制造复杂的三维结构。激光波长设定为780 nm，重复频率为80 MHz，脉冲宽度为100 fs。通过这种高效的打印技术，研究团队成功打印了多种复杂结构，包括高纵横比的空心微针、微螺旋机器人和上海大学的标志。这些结构的制造验证了所提出的光敏材料在高分辨率打印中的有效性。
在机械性能测试方面，研究人员通过纳米压痕实验评估了不同配方的机械性能。结果显示，随着PEG600DMA含量的增加，聚合物的杨氏模量可以在0.3 GPa到1.5 GPa之间调节，表明材料的机械性能具有良好的可调性。此外，研究还探讨了MXene掺杂对聚合物导电性的影响。实验结果表明，掺杂0.2 wt%的MXene后，聚合物的导电性可达到0.0025 S/m，显示出良好的导电网络。
为了验证所开发聚合物的生物相容性，研究团队与人类正常肺上皮细胞（BEAS-2B）进行培养。结果显示，细胞在聚合物结构上生长良好，细胞存活率接近100%，表明该材料适合生物医学应用。研究团队还进行了细胞活性和细胞毒性实验，结果表明，所制备的聚合物结构能够支持细胞的附着和增殖，具有良好的生物相容性。
在研究过程中，团队面临了多个挑战。首先，如何在保持良好打印性能的同时，确保材料的机械强度和柔韧性，是研究的一个重要难点。其次，现有的光敏材料难以与功能性纳米材料（如导电碳纳米管）有效掺杂，导致功能性生物设备的制备受到限制。研究团队通过引入MXene，成功克服了这一问题。此外，如何快速优化与特定光敏材料匹配的激光参数，以获得高质量的设备，也是一个技术挑战。
本研究的成功为生物相容性聚合物的开发提供了新的思路，具有广泛的应用前景。未来的研究方向可能包括进一步优化材料配方，探索更多生物相容性和功能性材料的组合，以提高聚合物的性能。同时，将所开发的聚合物应用于更广泛的生物医学领域，如组织工程、药物传递系统和生物传感器等，也是一个重要的研究方向。此外，通过改进TPP技术，进一步提高打印的分辨率和速度，以满足更复杂结构的制造需求。
其团队的研究为双光子聚合技术在生物医学领域的应用开辟了新的可能性，展现了未来在生物设备开发中的广阔前景。研究团队的努力不仅推动了光敏材料的发展，也为生物医学工程的进步提供了重要的技术支持。
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https://doi.org/10.1039/D2RA07464H