羅格斯大學(xué)4D打印智能水凝膠結(jié)構(gòu)，可改變形狀和大小

來(lái)自新澤西州的新布朗斯維克的Rutgers大學(xué)的工程師團(tuán)隊(duì)已經(jīng)展示了一種用于智能水凝膠材料的四維打印結(jié)構(gòu)的新方法。這個(gè)能夠3D打印的水凝膠結(jié)構(gòu)能夠在不同溫度下改變形狀（因此是4D）的過(guò)程可以用于組織工程，軟機(jī)器人和藥物輸送應(yīng)用的開(kāi)發(fā)。

最近在“科學(xué)報(bào)告”雜志上發(fā)表了一個(gè)研究項(xiàng)目的詳細(xì)研究報(bào)告，由羅格斯大學(xué)機(jī)械與航空航天工程系的助理教授Howon Lee領(lǐng)導(dǎo)。

基本上水基凝膠的水凝膠材料在增材制造領(lǐng)域變得越來(lái)越重要，特別是對(duì)于某些生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用�？茖W(xué)家和工程師們正在迅速發(fā)現(xiàn)能夠從水凝膠中制造用于生物醫(yī)學(xué)裝置，植入物等的結(jié)構(gòu)的潛力。

事實(shí)證明，3D打印是操作水凝膠材料最有前景的途徑之一。正如羅格斯大學(xué)的研究人員所表明的那樣，甚至可以3D打印高分辨率的水凝膠結(jié)構(gòu)，這種水凝膠結(jié)構(gòu)可以根據(jù)溫度改變其形狀和大小。

這項(xiàng)研究的一個(gè)關(guān)鍵因素是研究人員使用的智能水凝膠，他們說(shuō)這種凝膠可以提供某些器官的結(jié)構(gòu)剛性，并且可以成為將藥物輸送和釋放到體內(nèi)的有效載體。 3D打印材料也可以適用于軟機(jī)器人，柔性傳感器和執(zhí)行器，生物醫(yī)學(xué)設(shè)備，并促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng)。

有趣的是，研究中使用的水凝膠材料是相對(duì)常見(jiàn)的，并已被科學(xué)家用于數(shù)十年來(lái)用于各種目的。不過(guò)，正如羅格斯隊(duì)所指出的那樣，現(xiàn)在還沒(méi)有人有過(guò)4D的打印材料。

Howon Lee解釋說(shuō)：“這種智能水凝膠的全部潛力到現(xiàn)在還沒(méi)有被釋放出來(lái)，我們?cè)黾恿肆硗庖粋�(gè)維度，這是有史以來(lái)第一次有人做到這一點(diǎn)，它們是靈活的，形狀變形的材料，我喜歡叫他們聰明的材料�！�

在3D打印水凝膠的過(guò)程中，工程師使用了一種基于光刻技術(shù)的工藝，通過(guò)沉積一層樹(shù)脂，然后用紫外線(xiàn)固化它們，從而形成物體。為了使水凝膠可印刷，將其與粘合劑化學(xué)品和光敏化學(xué)品結(jié)合，使得樹(shù)脂在受光時(shí)能夠固化。

研究人員還開(kāi)發(fā)了一種方法來(lái)控制3D打印的水凝膠物體在暴露于特定條件下會(huì)如何收縮或生長(zhǎng)。例如，如果3D打印結(jié)構(gòu)放置在溫度低于32°C（90°F）的環(huán)境中，則會(huì)吸收環(huán)境中的水分并且尺寸增大。然而，當(dāng)溫度升高到32℃以上時(shí)，水凝膠逐漸收縮而失水。

“如果你完全控制了形狀，那么你可以編程它的功能，”李評(píng)論說(shuō)。 “我認(rèn)為這就是形狀變化材料的3D打印的力量。你幾乎可以在任何地方應(yīng)用這個(gè)原則�！�

另外值得一提的是智能水凝膠材料可以3D打印的規(guī)模。根據(jù)研究小組的說(shuō)法，它可以打印出像人發(fā)的寬度一樣小，直徑“幾毫米”的物體。

最終，目標(biāo)是使用4D打印方法和水凝膠創(chuàng)建“活的”結(jié)構(gòu)，可以植入人體器官或組織，用于藥物輸送或軟機(jī)器人。

aau3d編譯自：3ders.org