Hierarchical patterning via dynamic sacrificial printing of stimuli-responsive hydrogels

自愈水凝胶 明胶 材料科学 纳米技术 制作 微流控 计算机科学 化学工程 化学 高分子化学 生物化学 医学 工程类 病理 替代医学
作者
Hongji Wen,Jinyang Li,Gregory F. Payne,Qi Feng,Minhua Liang,Jingxuan Chen,Hua Dong,Xiaodong Cao
出处
期刊:Biofabrication [IOP Publishing]
卷期号:12 (3): 035007-035007 被引量:30
标识
DOI:10.1088/1758-5090/ab7e74
摘要

Inspired by stimuli-tailored dynamic processes that spatiotemporally create structural and functional diversity in biology, a new hierarchical patterning strategy is proposed to induce the emergence of complex multidimensional structures via dynamic sacrificial printing of stimuli-responsive hydrogels. Using thermally responsive gelatin (Gel) and pH-responsive chitosan (Chit) as proof-of-concept materials, we demonstrate that the initially printed sacrificial material (Gel/Chit-H+ hydrogel with a single gelatin network) can be converted dynamically into non-sacrificial material (Gel/Chit-H+–Citr hydrogel with gelatin and an electrostatic citrate–chitosan dual network) under stimulus cues (citrate ions). Complex hierarchical structures and functions can be created by controlling either the printing patterns of citrate ink or the diffusion time of citrate ions into the Gel/Chit-H+ hydrogel. Specifically, mechanically anisotropic hydrogel film and cell patterning can be achieved via two-dimensional (2D) patterning; complex external and internal 3D structures can be fabricated in stimuli-responsive hydrogel and other hydrogels that are not stimuli-responsive under experimental conditions (also owing to the erasable properties of Gel/Chit-H+–Citr hydrogel) via 3D patterning; and an interconnected or segregated fluidic network can be constructed from the same initial 3D grid structure via 4D patterning. Our method is very simple, safe and generally reagentless, and the products/structures are often erasable, compatible and digestible, enabling advanced fabrication technologies (e.g. additive manufacturing) to be applied to a sustainable materials platform.
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