三维打印高可伸展性和高韧性凝胶的最新进展
（图片所示为三维打印材料的开放晶格，不同的颜色显示出材料具有不同的强度、柔性特性）
来自麻省理工学院的研究人员们，开发出了三维打印的新工艺，可以制作复杂的水凝胶结构，这些结构“非常坚韧和稳固。”
研究人员开发做出一种新的工艺，用来制作坚韧的——而且质地柔软、湿润——被称为“水凝胶”生物相容性材料，可以做成复杂而错综复杂的图案形状。这个工艺过程可能引发药物输送或细胞进入体内的注射材料的开发；用于再生承重组织的支架；或为未来的机器人所用的坚韧而柔性的致动器，研究人员们说。
这一新的工艺过程发表在杂志《Advanced Materials》上，文章的共同作者是来自麻省理工学院机械工程的副教授Xuanhe Zhao，和他来自麻省理工学院，杜克大学和哥伦比亚大学的同事。
Zhao说，新工艺可以制造复杂的水凝胶结构，是“非常坚韧和稳固”，并与结构中的细胞封装相兼容。这使人们有可能三维打印复杂的水凝胶结构，例如，注入细胞的植入物和药物，然后将其放置在体内。
水凝胶的定义是，装在橡胶状聚合物网络里的的水分子，并可以提供形状和结构，类似于如软骨等天然组织，作为主体的天然减震器。新的三维打印过程可能最终使人们制造坚韧的人工水凝胶结构，用于维修或更换的承重组织，如软骨。
虽然合成的水凝胶通常很弱或很脆，在过去的十年依然开发出了许多坚韧和可拉伸的水凝胶。然而，以往制作坚韧的水凝胶的方式，通常都涉及“恶劣的化学环境”，将杀死包裹在其中的活细胞，Zhao说。
新材料是良性的，可以与活细胞合成在一起——比如干细胞——这可能会保持细胞的存活率高，Zhao说道。
此外，以前的技术不能够使用坚韧的水凝胶产生复杂三维结构，Zhao说。这种新的生物相容性的水凝胶，可以打印成不同的三维结构，例如中空立方体，半球形，金字塔，绞束，多层丝网，或生理学相关的形状，例如一个人的鼻子或耳朵。
新方法使用市售的三维打印机制，Zhao解释说。 “这是是真正关乎材料的创新——一种用于三维打印的生物相容性的坚韧水凝胶墨水，”他说。特别是，这是两种不同的生物聚合物组成的复合材料。 “每个[材料]单独的材料十分薄弱而脆，但一旦你把它们放在一起，就变得非常坚韧和坚强。这就像钢筋混凝土。”
两种聚合物之一为打印材料提供弹性，而另外一种可以通过变形消耗能量而不断裂。第三成分，叫做生物相容性“纳米粘土”，能够微调材料的粘度，改善其控制流量通过三维打印喷嘴的能力。
该材料可被做的很柔性的形状，如金字塔，可以压缩99％的体积然后弹回到原来的形状，Zhao的研究小组的前博士后，本论文的主要作者之一Sungmin Hong说道；它也可以被拉伸至其原始大小的五倍。这种韧性是自然身体组织的主要特点之一，需要来承受多种力和冲击。
这些材料最终可能被用来定制打印一些形状，用来替换耳朵，鼻子或承重关节的软骨组织，Zhao表示。实验室测试已经表明，该材料比天然软骨更加坚韧。
研究的下一步是改进打印机的分辨率，目前分辨率仅限于约500微米大小，以及测试在动物模型上打印水凝胶结构。 “我们正在提高分辨率，”Zhao说，“以打印更精确的结构应用。”
除了生物医学应用，相同的技术可以应用于打印各种柔软但坚韧的结构材料，他说，例如用于软机器人系统的致动器。
“这真的是很漂亮的工作，显示了水凝胶利用率的重大进展，”哈佛大学生物工程学教授David Mooney说，虽然他并没有参与这项工作。 “这脱离了以前工作中使用的聚合物体系来建造，使用了Zhao博士以前的一部分工作成果，但这项工作可以实现类似普通生物医用高分子的机械性能，确实是一个实质性的进步。”
Mooney补充道，“这些新的坚韧的凝胶可用于3-D打印，这是相当令人振奋的，因为据我所知这些是新类型的凝胶。”
来源：新材料在线 | 
发表于 2015-7-7 10:53:15
