هیدروژل‌ها موادی نویدبخش در عرصه فناوری زیست‌چاپ سه‌بعدی

نوع مقاله : تالیفی

نویسنده

پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران

10.22063/basparesh.2025.35798.1755

چکیده

هیدروژل‌ها، شبکه سه‌بعدی متشکل از زنجیرهای پلیمری بسیار آب‌دوست هستند که قابلیت جذب آب تا هزار برابر وزن خشک را دارند. به‌دلیل زیست‌سازگاری و قابلیت فراوری زیاد، هیدروژل‌ها، به‌ گزینه مطلوبی برای الگودهی یاخته‌ها با زیست‌چاپ سه‌بعدی تبدیل شده‌اند. زیست‌چاپ سه‌بعدی روشی نوآورانه است که امکان ساخت معماری‌های سه‌بعدی پیچیده را از زیست‌مواد یا یاخته‌های زنده (زیست‌جوهرها) فراهم می‌کند. چالش کلیدی در کاربردهای زیست‌پزشکی چاپ سه‌بعدی، برخلاف صنایع مرسوم، نیاز به زیست‌جوهرهای است که نه تنها به‌خوبی زیست‌سازگار باشند، بلکه از ماتریس برون‌یاخته‌ای (ECM) طبیعی نیز تقلید دقیقی داشته باشند. این محدودیت، طیف مواد مناسب برای ساختارهای زیست‌مهندسی‌شده را به‌طور قابل توجهی محدود می‌کند. هیدروژل‌ها با تقلید از ویژگی‌های ECM، نقش حیاتی را در زیست‌چاپ سه‌بعدی دارای یاخته ایفا می‌کند. همچنین، در چند سال گذشته، خواص فیزیکی و شیمیایی کنترل‌شده‌تری برای هیدروژل‌ها به‌دلیل پیشرفت در روش‌های شبکه‌ای‌کردن و سازوکارهای ژل‌شدن به‌دست آمده است. بنابراین، هیدروژل‌ها پس از طراحی عملکردی و ساختاری مناسب از بهترین انتخاب‌ها برای زیست‌جوهرها هستند و می‌توانند در تولید اندام‌های زنده به‌کار گرفته شوند. فناوری‌های مختلفی در زیست‌چاپی به‌کار گرفته می‌شود که سامانه‌های چاپ سه‌بعدی جوهرافشان، لیزری و اکستروژنی، مناسب‌ترین آن‌ها برای چاپ هیدروژل‌ها هستند. هر یک از روش‌های زیست‌چاپی معمولاً براساس خواص رئولوژی، شیمی شبکه‌ای‌شدن و زیست‌سازگاری جوهر متفاوت است. از این‌رو، در مقاله حاضر، ابتدا مهم‌ترین روش‌های چاپ سه‌بعدی برای هیدروژل‌ها معرفی می‌شوند. سپس، ویژگی‌های مختلف هیدروژل‌ها و در نهایت روش‌های مختلف شبکه‌ای‌شدن در هیدروژل‌ها برای اهداف چاپ‌ سه‌بعدی بحث می‌شوند. نتایج پژوهش‌ها نشان می‌دهد، معیارهای مختلفی برای مناسب‌بودن هیدروژل‌ها در زیست‌چاپ سه‌بعدی مطرح است

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Hydrogels as Promising Materials in 3D Printing Technology

چکیده [English]

Hydrogels are three-dimensional networks of molecules of highly hydrophilic polymer chains that can absorb up to a thousand times their dry weight in water. They can be engineered into a wide range of shapes, sizes, and structures. This class of biomaterials due to their high biocompatibility and processability, have become the choice medium to pattern cells in a volumetric space using three-dimensional (3D) bioprinting. 3D bioprinting has emerged as a novel method that enables the fabrication of 3D tissue constructs with pre-programmed structures and geometries using biomaterials or living cells (bioinks). One of the major challenges of 3D printing in biomedical fields, unlike other industries, is that the inks must be biocompatible and resemble the natural extracellular matrix. This ink requirement significantly limits the number of potential materials for 3D printing in bioengineered structures. Hydrogels are the most suitable choices for bioinks, especially in creating porous 3D scaffolds and can be used in the production of living organs. Despite their advantages, most hydrogels show poor mechanical strength. Therefore, improving the mechanical and bioactive properties of hydrogels is challenging for materials scientists. There are approaches used in bioprinting, with inkjet, laser, and extrusion-based 3D printing systems being the most suitable methods for printing hydrogels and bioinks. Each bioprinting method usually differs based on the rheological properties, crosslinking chemistry, and biocompatibility of the ink. Therefore, this article, the most important and best 3D printing methods in hydrogels are first introduced. Then, important general principles that make hydrogels useful for bioprinting are reviewed.

کلیدواژه‌ها [English]

  • 3D printing
  • bioprinting
  • hydrogel
  • bioink
  • crosslinking. biocompatibility