研究人員開發(fā)一種新型3D打印粘合彈性材料CLEAR，對比DLP延展能力提高四到七倍

2024年8月3日，南極熊獲悉，科羅拉多大學(xué)博爾德分校 (CU Boulder) 和賓夕法尼亞大學(xué)的研究小組率先開發(fā)出一種3D打印水凝膠材料工藝CLEAR，這種材料既有彈性，又有粘性，而且有回彈性，可用于打印內(nèi)部繃帶以修復(fù)受損的心臟組織、軟骨補(bǔ)片或無針縫合線。

△一種利用高度纏結(jié)的聚合物網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行3D打印的新方法

根據(jù)研究結(jié)果，與傳統(tǒng)的DLP方法相比，CLEAR打印的水凝膠和彈性體表現(xiàn)出明顯更高的延伸能量，提高了四到七倍�？屏_拉多大學(xué)博爾德分校化學(xué)與生物工程學(xué)教授Jason Burdick，作為這項(xiàng)研究論文的資深作者，談到這項(xiàng)研究時(shí)表示：“心臟和軟骨組織相似，它們的自我修復(fù)能力非常有限。一旦受損，就無法挽回。通過開發(fā)新的、更有彈性的材料來增強(qiáng)修復(fù)過程，我們可以對患者產(chǎn)生重大影響�！�

△該研究已發(fā)表在《science》雜志上，題目為“高度纏結(jié)的聚合物網(wǎng)絡(luò)的增材制造”（傳送門）

彈性創(chuàng)可貼狀材料CLEAR

有趣的是，這項(xiàng)的靈感來自一個(gè)有點(diǎn)出乎意料的地方：蠕蟲。蠕蟲的身體可以結(jié)合在一起，形成一個(gè)既具有固體又具有液體性質(zhì)的纏繞團(tuán)塊，科學(xué)界稱之為“蠕蟲團(tuán)”。這一概念通過在3D打印材料中集成相互纏繞的分子鏈或纏結(jié)來實(shí)現(xiàn)。

這種彈性創(chuàng)可貼狀材料的制作得益于研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)的一種特殊3D打印工藝，稱為CLEAR（通過氧化還原引發(fā)輔助的光照后連續(xù)固化）。該工藝實(shí)際上可以控制打印過程中材料分子的糾纏，通過結(jié)合使用“明暗聚合”來實(shí)現(xiàn)。

研究人員解釋說：“這種可推廣的方法在室溫下即可實(shí)現(xiàn)高單體轉(zhuǎn)化率，無需額外的刺激，例如打印后的光線或熱量，并且能夠通過增材制造高度糾纏的水凝膠和彈性體，與傳統(tǒng)的DLP相比，其延伸能量高出四到七倍�！�

研究人員已為這項(xiàng)技術(shù)申請了臨時(shí)專利。這種技術(shù)不僅能成功打印出比標(biāo)準(zhǔn)DLP機(jī)器打印的部件更柔韌、更堅(jiān)韌的材料，而且還具有粘性，可以粘附在組織上。Burdick實(shí)驗(yàn)室的研究員Matt Davidson表示，這種能力尚屬首次：“我們現(xiàn)在可以3D打印出強(qiáng)度足以支撐組織的粘合材料。我們以前從未做到這一點(diǎn)。”

△該技術(shù)的未來將用于醫(yī)療方向

研究的下一步將是探索這些3D打印材料與有機(jī)組織的相互作用，研究人員希望未來能將他們的創(chuàng)新解決方案應(yīng)用于治療心臟缺陷患者，例如通過將藥物直接輸送到器官或支持組織再生。

這種3D打印工藝的應(yīng)用還可拓展到其他領(lǐng)域，例如研發(fā)和制造。據(jù)科羅拉多大學(xué)博爾德分校團(tuán)隊(duì)稱，其他研究團(tuán)隊(duì)和工業(yè)終端用戶對CLEAR工藝表現(xiàn)出濃厚興趣，因?yàn)樗�不需要額外的能量來固化部件。第一作者Abhishek Dhand解釋說：“這是一種簡單的3D處理方法，可以在學(xué)術(shù)實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)中使用，以改善材料的機(jī)械性能，適用于各種應(yīng)用。它解決了3D打印的一個(gè)大問題�！�