圖1. 姜黃鈉的合成。a. 用姜黃素和碳酸氫鈉合成姜黃素鈉（Cur-Na）的過程。姜黃素分子中酚羥基的H⁺被Na⁺取代（紅色橢圓），而姜黃素中的羰基鍵發(fā)生酮-烯醇互變異構(gòu)（藍(lán)色橢圓）。b. 姜黃素和Cur-Na的¹H-NMR光譜，顯示了合成過程中發(fā)生的化學(xué)性質(zhì)的代表性變化。藍(lán)色陰影區(qū)域表示酚羥基的特征共振（δ=9.65ppm）。綠色陰影是烯烴信號(hào)（δ=5.93ppm），表明C=C雙鍵的形成。

圖2. 生物墨水的物化性質(zhì)。添加了不同濃度光抑制劑的生物墨水（PEG-GelMA/LAP）的儲(chǔ)能模量（G'反映材料的剛度）和損失模量（G''反映材料粘度）隨時(shí)間的變化：a.檸檬黃和b. Cur-Na。G'和G'之間的交叉點(diǎn)被稱為凝膠點(diǎn)，而凝膠時(shí)間被定義為曝光開始至凝膠點(diǎn)的時(shí)間（在該研究中約為20秒）。生物墨水在405nm、13mW cm^?2的光照下曝光30s。陰影區(qū)域表示曝光時(shí)間。c. 水凝膠的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。d. 三種水凝膠在~20%應(yīng)變下的彈性模量。三種生物墨水的e. 溶脹比和f. 溶膠分?jǐn)?shù)對比。

圖3. Cur-Na抑制散射效應(yīng)的機(jī)制。a. 示意圖顯示了當(dāng)光穿透生物墨水時(shí)光強(qiáng)的高斯分布以及不同情況下產(chǎn)生的固化區(qū)域，包括無散射、有散射、與細(xì)胞混合的生物墨水和添加Cur-Na的生物墨水。C_d和C_w分別是固化深度和固化寬度。E₀表示生物墨水表面的光強(qiáng)度，而E_C是引發(fā)聚合所需的臨界能量。b. Cur-Na自由基鏈生長聚合的動(dòng)力學(xué)過程由三個(gè)階段控制：（1）引發(fā)、（2）鏈傳播、（3）（4）終止。k_i，k_p，k_tc和k_td分別是四種反應(yīng)中的速率常數(shù)。每個(gè)Cur-Na與三個(gè)自由基（R^·）反應(yīng)，引發(fā)聚合物鏈生長，形成單體（M）。激活后的單體可以與其他單體反應(yīng)，聚合物鏈通過傳播而增長，形成Mn^·和Mm^·。當(dāng)鏈傳播通過終止反應(yīng)終止時(shí)，形成聚合物（Mn和Mm）。c. Cur-Na和PEGDA聚合過程中官能團(tuán)的轉(zhuǎn)化率與時(shí)間的關(guān)系。散射區(qū)域的自由基可以被Cur-Na快速消耗；水凝膠單體由于缺乏自由基而難以在散射區(qū)域形成聚合物。

圖4. 水平方向打印精度分析。a. 輻條狀圖案用于評估打印精度，從中心到外圍相鄰輻條之間的間隙增加。打印精度被定義為模糊區(qū)域直徑（紅色虛線圓圈）與輻條狀圖案直徑的比值。b. 載細(xì)胞結(jié)構(gòu)的熒光染色圖。c. 打印結(jié)構(gòu)的顯微圖像，顯示了純PEG-GelMA生物墨水（上）和添加了檸檬黃（中）和Cur-Na的生物墨水（下）的模糊區(qū)域（紅色虛線圓圈）大小與相對曝光能量的關(guān)系。E_r指相對能量，定義為實(shí)際光能與單位曝光量的比。d. 模糊區(qū)域大小與曝光能量的定量關(guān)系。e. Cur-Na的高精度打印窗口，灰色、紅色、藍(lán)色區(qū)域分別代表含1mM、2mM、3mM Cur-Na生物墨水的打印窗口寬度。f. 載細(xì)胞打印結(jié)構(gòu)的模糊區(qū)域大小與曝光能量之間的定量關(guān)系。

圖5. 多層打印中的中空通道打印性分析與評定高保真度的打印誤差分析。a. 具有不同直徑（D=300、500和700μm）通道的圓柱體的3D CAD設(shè)計(jì)。H表示圓柱體的高度，而h1、h2和h3是通道的中空部分。打印精度定義為中空部分與通道總長度之間的比率。b. 連續(xù)層打印中的散射效應(yīng)及其引起的過固化現(xiàn)象。c-e. 打印精度隨圓柱體直徑的高度和通道直徑的關(guān)系。f. 具有不同直徑的多通道結(jié)構(gòu)CAD設(shè)計(jì)。g. 分別使用含Cur-Na和檸檬黃的生物墨水打印的樣品。h. 通道的實(shí)際直徑與設(shè)計(jì)直徑間的差異。

圖6. Cur-Na在打印生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中常用的復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)時(shí)的分辨率和高保真度。a. 脊髓支架。它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)呈現(xiàn)不規(guī)則的通道和薄壁網(wǎng)絡(luò)，模仿脊髓的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。使用兩種類型的水凝膠成功地制備了支架：PEG-GelMA（10%）和甲基丙烯酸縮水甘油酯改性的絲素蛋白（Sil-MA（15%））。b. 具有多個(gè)分支、可灌注通道（200-800μm）和薄壁（~100μm）的血管網(wǎng)絡(luò)。通過注射有色染料溶液進(jìn)行灌注。c. 具有獨(dú)。特拓?fù)涮卣鳎ㄇ妗⒏呖紫堵屎瓦B通性）的gyroid支架。d. 打印載HepG2細(xì)胞的gyroid支架并培養(yǎng)14天，展現(xiàn)了良好的細(xì)胞增殖效果。

圖7. 基于PC-12細(xì)胞體外培養(yǎng)的Cur-Na 細(xì)胞相容性評價(jià)。a. 細(xì)胞活死染色熒光圖展示了細(xì)胞14天的活力（綠色：活細(xì)胞；紅色：死細(xì)胞）。b. CCK-8測定細(xì)胞增殖情況。細(xì)胞在支架中增殖14天，PEG-GelMA/Cur-Na水凝膠中的細(xì)胞展現(xiàn)出最。。好的增殖效果。c. 使用PEG-GelMA/Cur-Na水凝膠制造的通道支架（直徑200μm）的熒光圖像顯示了均勻的細(xì)胞分布。最后一張圖像顯示了細(xì)胞沿著通道的生長情況。d. 第1、7和14天脊髓支架中通道的共聚焦圖像。e. 熒光圖像顯示種植在PEG-GelMA/Cur-Na支架表面的PC-12細(xì)胞的分化和突起形成（第7天）。Tuj-1：Beta3-微管蛋白；DAPI：4’，6-二胺基-2苯基吲哚。

結(jié)論