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  富含網絡結構的水凝膠具有良好的生物相容性，而具有高精細度的三維水凝膠結構能夠更好地模擬細胞生長環境，在生物組織工程領域具有巨大的應用潛力。基于非線性光學效應的雙光子聚合技術為制備高精細三維仿生水凝膠結構提供了強有力的手段。但由于現有雙光子引發劑的水溶性差、雙光子聚合引發效率低，需要在加工前驅體材料中加入有機溶劑助溶以提高雙光子引發劑含量，所制備的三維水凝膠微結構中易殘留有機溶劑，導致較強的細胞毒性，成為其在組織工程領域應用的瓶頸問題之一。

  中科院理化所仿生智能界面科學中心有機納米光子學實驗室鄭美玲項目研究員和暨南大學段宣明教授合作，利用具有相對較大內腔尺寸和良好的水溶性的葫蘆脲7作為主體對咔唑類衍生物進行包結，設計合成了基于主客體化學原理自組裝的水溶性雙光子引發劑，所制備的最佳絡合比1:1的引發劑在提高了水溶性的同時，其雙光子吸收截面比客體分子提高了5倍。研究團隊利用這種新型水溶劑引發劑設計了組分簡單的水相聚合光敏材料，實現了聚合閾值僅為4.5 mW、最細線寬180 nm的純水相高精細仿生水凝膠結構結構的雙光子聚合。

水溶性雙光子引發劑及三維水凝膠構筑示意圖

  研究團隊進一步構筑了具有較好結構保真度和力學性能的木堆型光子晶體和S型管道、細胞支架結構等三維仿生水凝膠結構，研究了細胞的生長行為，并結合熒光探針標記和顯微成像研究，證實了利用該引發劑及純水相聚合光敏材料具有良好的生物相容性，為水凝膠材料在組織工程領域中的應用提供了新的途徑。

三維木堆結構和S型管道結構

仿生水凝膠細胞支架及應用

  研究成果發表在ACS Applied Materials and Interfaces（2019, 11, 1782-1789）（DOI: 10.1021/acsami.8b15011）。該論文的通訊作者是中科院理化所仿生智能界面科學中心有機納米光子學實驗室鄭美玲項目研究員和暨南大學段宣明教授，鄭永超博士和趙圓圓博士為共同第一作者。該研究是前期一系列仿生水凝膠工作（ACS Appl. Mater. Interfaces 2017, 9, 42247–42257; Appl. Surf. Sci. 2017, 416, 273–280; J. Mater. Chem. B 2015, 3, 8486-8491; Chem. Soc. Rev. 2015, 44, 5031-5039; J. Mater. Chem. B 2014, 2, 4318-4323）的深入和拓展。相關研究工作得到科技部納米科技重點專項、國家自然科學面上基金項目的大力支持。

  論文鏈接：https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/acsami.8b15011