生物学的応用のための超分子機能を備えた3D印刷ポリマー

微細な化学構造が明確に定義されたバルク材料につながるため、超分子化学は広範な成長を経験し続けています。以前の文献では、水素結合、イオン凝集、ゲスト/ホストの相互作用、および機械的、粘弾性、および処理パフォーマンスを調整するためのπ-πスタッキングの役割について説明しました。可逆的相互作用の汎用性により、生物学的用途向けの組織操作された足場などのカスタマイズされた階層構造を備えた成形部品のより容易な製造が可能になります。最近、超分子ポリマーと添加剤の製造プロセスがマージされ、分子、高分子、および特徴の長さのスケールの制御が部品を提供しました。添加剤の製造、または3D印刷は、多くのアプリケーションに望ましいカスタマイズ可能な構造を生成します。超分子相互作用の導入は、生産速度を潜在的に増加させ、細胞/足場相互作用を制御するための調整可能な表面構造を提供し、層間接着剤と導入剤または自己識別の構造を強化することにより、望ましい機械的特性を与えます。このレビューでは、添加物の製造および生物医学的応用に適した超分子ポリマーの合成と特性評価、および薬物送達および複雑な組織足場形成のための添加剤製造における超分子ポリマーの使用について詳しく説明しています。超分子アセンブリの効果とその動的挙動は、絶妙な幾何学的制御を備えた印刷されたオブジェクトの異方性を制御する可能性を提供します。勾配特性/調整された表面を備えた明確に定義された部分、階層構造、および足場を生成する超分子ポリマーの可能性は、次世代の生物医学デバイスと組織足場を開発するための道を提供します。

Supramolecular chemistry continues to experience widespread growth, as fine-tuned chemical structures lead to well-defined bulk materials. Previous literature described the roles of hydrogen bonding, ionic aggregation, guest/host interactions, and π-π stacking to tune mechanical, viscoelastic, and processing performance. The versatility of reversible interactions enables the more facile manufacturing of molded parts with tailored hierarchical structures such as tissue engineered scaffolds for biological applications. Recently, supramolecular polymers and additive manufacturing processes merged to provide parts with control of the molecular, macromolecular, and feature length scales. Additive manufacturing, or 3D printing, generates customizable constructs desirable for many applications, and the introduction of supramolecular interactions will potentially increase production speed, offer a tunable surface structure for controlling cell/scaffold interactions, and impart desired mechanical properties through reinforcing interlayer adhesion and introducing gradients or self-assembled structures. This review details the synthesis and characterization of supramolecular polymers suitable for additive manufacture and biomedical applications as well as the use of supramolecular polymers in additive manufacturing for drug delivery and complex tissue scaffold formation. The effect of supramolecular assembly and its dynamic behavior offers potential for controlling the anisotropy of the printed objects with exquisite geometrical control. The potential for supramolecular polymers to generate well-defined parts, hierarchical structures, and scaffolds with gradient properties/tuned surfaces provides an avenue for developing next-generation biomedical devices and tissue scaffolds.