Coordination-Triggered Hierarchical Folate/Zinc Supramolecular Hydrogels Leading to Printable Biomaterials

自愈水凝胶 材料科学 纳米纤维 生物相容性 超分子化学 纳米技术 超分子聚合物 堆积 分子 高分子化学 化学 有机化学 冶金
作者
Kaerdun Liu,Shihao Zang,Rongrong Xue,Jinghui Yang,Lizhi Wang,Jianbin Huang,Yun Yan
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:10 (5): 4530-4539 被引量:95
标识
DOI:10.1021/acsami.7b18155
摘要

Printable hydrogels desired in bioengineering have extremely high demands on biocompatibility and mechanic strength, which can hardly be achieved in conventional hydrogels made with biopolymers. Here, we show that on employment of the strategy of coordination-triggered hierarchical self-assembly of naturally occurring small-molecule folic acid, supramolecular hydrogels with robust mechanical elastic modulus comparable to synthetic double-network polymer gels can be made at concentrations below 1%. A sequence of hierarchical steps are involved in the formation of this extraordinary hydrogel: petrin rings on folate form tetramers through hydrogen bonding, tetramers stack into nanofibers by π-π stacking, and zinc ions cross-link the nanofibers into larger-scale fibrils and further cross-link the fibril network to gel water. These supramolecular qualities endow the hydrogel with shear-thinning and instant healing ability, which makes the robust gel injectable and printable into various three-dimensional structures. Owing to the excellent biocompatibility, the gel can support cells three-dimensionally and can be used as an ideal carrier for imaging agent (Gd3+), as well as chemodrugs. In combination with its easy formation and abundant sources, this newly discovered metallo-folate supramolecular hydrogel is promising in various bioengineering technological applications.
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