ETH Zurich秦晓华团队《自然·通讯》：光控相分离原位构建微孔水凝胶，实现三维细胞培养微环境的...

高分子科学前沿 · 公众号 · 化学 · 2025-05-31 07:50

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图2：PIPS水凝胶成孔验证及光致相分离行为表征

通过光学显微与共聚焦成像，证实了 nPVA 与DS在特定浓度下可经UV光交联形成多孔水凝胶。使用荧光标记和傅里叶变换分析，清晰观察到光照前溶液均一、光照后形成规则孔隙。FITC-dextran扩散实验进一步验证了孔道连通性和可渗透性，表明水凝胶具备三维培养所需的微结构环境。

图3：聚合物组成对微孔结构和力学性能的调控作用

系统比较不同 nPVA 与DS配比下PIPS水凝胶的孔径、孔隙率、力学性能和浊度变化。结果表明，增加DS浓度可显著提升孔隙率和平均孔径，而 nPVA 浓度则影响凝胶刚度。通过3D图像分析量化孔尺寸分布和孔隙连通性，验证形成的孔道连续性。

图4：光照强度对PIPS成孔动力学与结构的影响

通过调节光强（5–100 mW/cm²），研究发现PIPS过程中孔径随光强增加而减小，揭示了光交联速率越快，孔隙形成时间越短，最终孔径越小。光流变测试进一步表明交联速率与光强呈正相关，支持PIPS孔径与光强呈负相关的理论模型，为数字光调控微结构提供理论依据。

图5： hMSC 在PIPS水凝胶中三维骨向分化表现

在人间充质干细胞（ hMSC ）三维培养实验中，PIPS水凝胶显著提高了细胞活性、铺展能力和长期形态稳定性。经28天诱导，PIPS组细胞表现出更高的骨钙素表达、碱性磷酸酶活性和钙盐沉积，证实其对骨向分化的促进作用。孔隙结构对细胞树突伸展及迁移具有关键支持作用，为骨组织工程提供新型微环境平台。