将块状水凝胶破碎并加工成颗粒状水凝胶用于生物医学应用

颗粒状水凝胶是一类具有多种优势特性的新型生物材料。我们希望通过分享这些方法，能够促进颗粒状水凝胶在生物医学应用中的普及与创新。该技术操作简单、成本低廉，可轻松适配多种化学体系，几乎可在任何实验室中实施。

用3毫升注射器吸取水凝胶前体溶液。取下空的3毫升注射器后端的活塞，并在注射器筒前端装上尖端帽。使用1,000微升移液器将水凝胶前体溶液转移至带有尖端帽的注射器筒中。

一手握住装有水凝胶前体溶液的注射器筒，针头帽朝下，注射器筒的开口端朝上。将注射器活塞推回至注射器筒后端开口处。轻轻将活塞推入筒内，直至其刚好密封注射器筒后端的开口，同时小心地将活塞与注射器筒保持在一起，确保注射器筒后端被活塞完全密封。

将注射器倒置，使活塞朝下，针帽朝上。取下针帽，轻轻推动活塞进入注射器筒内，直至完全排出注射器内的空气。重新将针帽安装回注射器上。

确保将水凝胶前体溶液装入带有针帽的3毫升注射器中。在打开紫外灯之前，务必采取适当的个人防护装备和安全措施。将装有水凝胶前体溶液的3毫升注射器置于紫外点固化灯下，照射所需时间，以实现完全的光交联。

关闭紫外灯并取出注射器。确保水凝胶已在注射器内完成光交联。从一个空的3毫升注射器后端取下活塞。

将针帽固定到鲁尔锁接头上。取下装有光交联块状水凝胶的注射器上的针帽。将水凝胶注射器顶端与空注射器筒管开口对齐。

将块状水凝胶通过注射器开口推入空注射器的筒体内。手持装有挤出水凝胶的注射器，使针头端朝下，筒体开口朝上。使用1,000微升移液器，向注射器筒体内加入1.5微升磷酸盐缓冲液（PBS）。

将注射器活塞与筒管开口对齐，轻轻推入活塞，直至形成密封。将注射器倒置，使活塞朝下，针帽朝上，注意用手固定活塞和筒管，防止水凝胶或 PBS 泄漏。反复倒置多次，使碎片化的水凝胶与加入的 PBS 充分混合。

将注射器竖直握持，使针头帽朝上，活塞朝下。取下针头帽。非常缓慢地向上推动活塞，以排出注射器内部的任何空气。

通过一系列针头挤出碎片化的水凝胶溶液，以制备碎片化微凝胶。将一个钝头18号针头固定在装有碎片化水凝胶和PBS的注射器顶端。从一个新的3毫升注射器中取出活塞，并将针头帽固定在空的注射器筒上。

将破碎的水凝胶溶液通过18号针头挤入空注射器筒的尾部。将空注射器和针头丢弃至合适的锐器废弃物容器中。依次使用23号、27号和30号针头重复挤出水凝胶溶液的操作。

在最后一次挤出步骤中，将破碎的微凝胶溶液挤入微量离心管中。洗涤并分离破碎的微凝胶悬浮液。使用微量离心机，在 5,000 ×g 条件下离心 5 分钟，使破碎的微凝胶溶液沉淀。

使用移液器吸去上清液。向每个含有微凝胶碎片的微量离心管中加入1毫升PBS，涡旋振荡5至10秒。取20微升微凝胶碎片悬液与180微升PBS混合，制备稀释的微凝胶碎片悬液。

涡旋振荡以充分混匀。取50 µL稀释后的碎片化微凝胶悬浮液转移至玻璃显微镜载玻片上。使用落射荧光显微镜在4倍或10倍放大倍数下获取荧光标记微凝胶的图像。

使用真空驱动过滤法使微凝胶碎片化。组装并测试真空驱动过滤装置。将布氏漏斗固定在过滤瓶内。

使用导管将抽滤瓶连接至真空管路。在布氏漏斗杯中放置一张膜过滤器。通过打开旋塞阀启动真空管路。

通过将约0.5毫升的PBS移液至膜过滤器上，测试连接是否正常，观察PBS是否全部通过滤膜并收集在滤瓶底部。开启真空管路并确保完全密封后，涡旋振荡破碎的微凝胶溶液。使用1,000微升移液器将破碎的微凝胶溶液转移至膜过滤器上。

等待约 30 秒，使真空将 PBS 从微凝胶溶液中抽出。关闭真空管路。取一支新的 3 毫升注射器，取出活塞。

使用金属刮刀从滤膜上刮取碎片状颗粒水凝胶，并将其转移至空注射器筒后部。将活塞重新插入注射器中。将碎片状颗粒水凝胶装入注射器，即可使用。

取下针头帽，更换为选定的针头。将注射器装入选定的打印平台中。将规划阶段准备好的G代码文件载入3D打印软件中。

转至打印预览面板并点击打印。打印沉积完成后，立即用紫外光照射碎片化的颗粒水凝胶结构，以实现光交联和稳定化。挤出破碎法可产生具有锯齿状多边形形态的微凝胶，其直径范围为10至300微米。

圆形度范围从0.2到接近1，而长宽比范围从1到3。这些参数描述了由破碎过程形成的不规则且呈锯齿状的微凝胶形态。当通过离心或真空驱动过滤方式紧密堆积时，所形成的颗粒状水凝胶具有剪切稀化和自愈合特性。

这种碎片化的颗粒水凝胶具有高形状保真度和机械完整性，适用于可注射水凝胶。除了将碎片化颗粒水凝胶用于3D打印外，这些系统还可作为体外细胞培养平台，以及用于组织修复和药物递送的可注射系统。这些简单且低成本的方法使更多研究人员能够受益于颗粒水凝胶生物材料的优势，从而促进颗粒水凝胶制备技术的普及，并推动生物材料领域的创新。