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一种用于3D打印复杂的蜂窝结构的高伸缩性坚韧水凝胶

一种用于3D打印复杂的蜂窝结构的高伸缩性坚韧水凝胶

供稿人:连伟波 鲁中良   发布日期:2018-01-27
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水凝胶(Hydrogel)是以水为分散介质的凝胶,具有网状交联结构的水溶性高分子中引入一部分疏水基团和亲水残基,亲水残基与水分子结合,将水分子连接在网状内部,而疏水残基遇水膨胀的交联聚合物,是一种高分子网络体系,性质柔软,能保持一定的形状,能吸收大量的水,同时有很好的生物相容性。典型的水凝胶聚合物非常脆弱而且易损,但是,杜克大学的Hong, Sungmin等研究人员在《ADVANCED MATERIALS》公开了一种可3D打印的高伸缩性高韧性的水凝胶材料。

图1 水凝胶通过3D打印后蜂窝结构 图2 封装于这种水凝胶内部的细胞的存活率

这种可用于3D打印的材料基于聚乙二醇和海藻酸钠体系的高伸缩性高韧性的水凝胶比天然软骨更柔韧,如图一。封装于这种水凝胶内部的细胞在超过7天的时间后,同时进行高度变形后,还能保持较高的存活率。通过添加生物相容性纳米粘接剂,这种水凝胶可以打印的各种形状而不需要支撑材料。

图3 上图为该水凝胶变形的微观图,下图为宏观表示
图4 该水凝胶的机械力学特性
图5 该水凝胶3D打印制作的模型

这些水凝胶的性质与生物软骨有很高的相似度,甚至有些性能更胜于真实的生物软骨。如图五,它们能够被3D打印成各种形状,比如金字塔型,基因组型,多层网格型,空心立方体,或者其他更多模型。同样,它们也能够被打印成人类鼻子或耳朵,或者人类身体其他关节部位的软骨。一个3D打印的水凝胶金字塔能够被压缩几乎百分之九十九,然而当你放手后,它将会快速恢复原状。同时,研究人员正在不断优化用水凝胶来3D打印实物的方法。随着进一步的研究,精度也会适当的提高,并且极具发展前景。

参考文献:

  1. Hong Sungmin ,Sycks Dalton ,Chan Hon Fai ,Lin Shaoting ,Lopez Gabriel P. ,Guilak Farshid ,Leong Kam W. ,Zhao Xuanhe , 3D Printing of Highly Stretchable and Tough Hydrogels into Complex, Cellularized Structures . ADVANCED MATERIALS ,(2015) 4035-4040