茶多酚处理显著增强水凝胶的力学性能，3D打印天然聚合物支架力学性能得到强化

供稿人：焦天 连芩 供稿单位：西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室　


天然高分子水凝胶具有生物安全性，是一类不可替代的生物材料，然而，其较差的力学强度严重限制了其作为结构组织工程支架的应用。

为解决天然高分子水凝胶力学性能差的问题，天津大学的Wu Tengling等人从中国传统小吃茶叶蛋得到启发，只需简单地浸泡在茶叶中，就可以使蛋白质凝胶硬化。主要是茶叶中含有一种叫做茶多酚的物质，通过茶多酚与聚合物的氢键作用可以增强水凝胶的力学性能。

该团队对GelMA（甲基丙烯酸酰化明胶）和琼脂糖水凝胶进行了茶多酚处理。经茶多酚处理天然聚合物水凝胶的力学性能显著增强，与原始水凝胶相比，其拉伸/压缩强度、杨氏模量、断裂伸长率和断裂韧性分别增加了19/30、8.4、6.1、72倍。经茶多酚处理的天然聚合物水凝胶可以抵抗不同的大变形。在水溶液中，经茶多酚处理的天然聚合物水凝胶水凝胶虽然随着茶多酚的释放强度有所下降，但仍能保持较强的力学性能，其含水量、抗菌和抗氧化活性均有所提高。

图1 茶多酚处理的水凝胶力学性能显著增强

为了探究茶多酚处理的GelMA水凝胶对于创伤修复的效果。该团队对SD大鼠的创伤分别使用3D打印的GelMA水凝胶和茶多酚处理的GelMA水凝胶进行覆盖，另外设置未处理的伤口作为空白对照组。在移植后12天观察伤口的愈合效果，结果显示覆盖经过茶多酚处理的GelMA水凝胶的伤口愈合率显著高于其他两组，证明经茶多酚处理的GelMA水凝胶可以促进全层皮肤缺损模型的伤口愈合。

通过茶多酚处理，薄弱的3D打印天然聚合物支架不仅力学性能得到了显著强化，而且抗菌和抗氧化活性得到提高，增强了天然聚合物的能力，扩宽了其应用范围，该研究对于生物材料开发有着非常重要的意义。


参考文献：

    Wu T, Cui C, Fan C, Xu Z, Liu Y, Liu W. Tea eggs-inspired high-strength natural polymer hydrogels. Bioactive materials, 2021, 6, 2820-2828.