甲基丙烯酸化水凝膠（GelMA）

化水凝膠（GelMA）

材料簡介：

甲基丙烯酸酐化明膠（GelMA）由甲基丙烯酸酐（MA）與明膠（Gelatin）製備獲得，是一種光敏性的生物水凝膠材料。該材料具有優異的生物相容性，且可由紫外光或可見光激發固化反應，形成適於細胞生長與分化且有一定強度的三維結構。其生物相容性遠優於基質膠、纖維蛋白膠，而與膠原性能相近；同時成形性能遠優於膠原，是替代這類材料的最佳選擇。

應用領域：組織工程、生物3D列印

材料參數：

MA接枝取代轉化率是衡量GelMA性質的核心參數，取代率高於15%時可進行光固化交聯成形，取代率最高可達90%左右。當取代率低時，GelMA表現出更優異的生物相容性能，當取代率增加時，其交聯成形性能與力學性能顯著上升。另一方面，不同類型的細胞也有其最合應的取代率材料。蘇州智能製造研究院生產的GelMA可根據用戶需求，連續生產15%-90%任意轉化率的GelMA材料，其中常用的1M、3M、5M型號、對應轉化率、核磁共振表徵檢測結果如下圖所示：

圖1：不同型號GelMA核磁共振NMR-1H檢測結果。特徵峰面積隨著取代率增大而增加

引發劑特性：

在特定波長的光照條件下，材料中的光引發劑吸收光能產生自由基，進而使GelMA分子間成鍵形成固相凝膠。蘇州智能製造研究所生產的GelMA產品中已包含適量的光引發劑，並提供兩種不同的常用引發劑供客戶選擇：I2959紫外光引發劑與LAP藍光引發劑。I2959交聯過程緩和，更利於需要精確控制固化過程的3D列印方嚮應用，固化時間10-30s。LAP交聯極其迅速，且可由405nm波段的藍光激發，對細胞幾乎沒有損傷，固化時間1-5s。兩種引發劑對應的核磁共振氫譜檢測及紫外吸收光譜、常用光源的光譜見下圖：

圖2：I2959與LAP引發劑的核磁共振NMR-1H檢測結果。兩種小分子引發劑在核磁譜中顯示的官能團結構清晰，純度很高。

圖3：I2959引發劑吸收光譜。其吸收波段小於350nm，只能由紫外光激發。

圖4：LAP引發劑吸收光譜。其吸收波段小於410nm，可由藍光激發。

圖5：用於激發I2959引發劑的全波段紫外光發生器光源光譜

水凝膠性能：

微觀孔隙：GelMA交聯成水凝膠後，其微觀形貌為多孔狀。不同細胞適合不同的孔隙大小。GelMA濃度越大、MA取代率越高，則微觀孔隙越小。微觀孔隙大有利於營養物質與代謝廢物的流通，但力學強度會有所下降。

圖6：10M GelMA(10% w/v)的電子顯微鏡照片

流變性能：GelMA材料用於生物3D列印時，其粘度與剪切變稀的能力直接影響其列印性能。不同列印設備及工藝條件需要特定的流變性能與之匹配。蘇州智能製造研究院生產的不同型號GelMA材料（配成10% w/v溶液）的粘度與剪切速率關係測試結果如下圖所示：

圖7：不同型號GelMA材料的剪切變稀能力。

溶脹性能與降解：交聯成形後的GelMA水凝膠仍會吸水，體積變大，稱之溶脹。在體外環境中，GelMA水凝膠也會緩慢降解。

圖8:10M GelMA(10%

帶細胞案例：

圖9：1M GelMA 10% 微絲 HUVEC 0.25%LAP D14

圖10：3M GelMA 10% 中空管BMSC

圖11：3M GelMA 10% 凝膠塊

圖12：左：比格犬股動脈；右：3M GelMA 10% 人造血管

產品明細及使用方法：

1、避光條件下打開外包裝，取出15mL離心管，注入所需的細胞培養基(或PBS溶液)，加熱至37度，震蕩15分鐘，溶解至溶液澄澈無沉澱。

2、用0.22濾嘴將溶液過濾至新的無菌離心管中。

3、將細胞按所需數量與溶液混合均勻，所得細胞列印墨水置入3D列印設備中或孔板中。

4、用所給藍光手電筒照射所需固化的GelMA溶液5秒。(如使用I2959則需自備光源)

注意事項：

1、配製溶液時務必避免強光、陽光直射，勿暴露於日光燈照射下超過5分鐘。

2、配製完的GelMA請儘快使用，配好的溶液可在-20℃避光條件下儲存1周。在低於21℃的環境中，GelMA溶液會冷凝成固態，屬正常現象，加熱即可恢復液態。（光交聯不可逆）

3、配製溶液濃度可在5%-30%(w/v)範圍內，低於5%可能無法固化，無特殊用途一般不高於30%。推薦使用10%濃度。

4、如使用I2959引發劑，請確保自備光源可靠，具體內容可諮詢我方技術人員。