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3D打印关节、鼻子和耳朵因高韧性水凝胶的出现而不再遥远

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3D打印关节、鼻子和耳朵因高韧性水凝胶的出现而不再遥远

发布日期:2019-02-19 作者: 点击:

对于身处生物技术领域的研究员而言,水凝胶可谓是再熟悉不过的一种材料了,因为它作为一种具备高分子网络体系且性质柔软,并有极好的生物相容性可以保持一定的形状,可以吸收大量的水分,所以在生物医药方面的研究它的使用也是相当的广泛。虽然一般的合成水凝胶其性质都是既脆又弱,但是这一回情况可能会发生改观了。

3D打印关节

发表在《Advanced Materials》杂志上的一篇论文称,研究人员已经找到一种方法,可以制作出非常坚韧结实的水凝胶,而且这种材料也可以支持将细胞封装在其结构内。详情见:《用高伸缩性坚韧水凝胶3D打印复杂的细胞化结构(3D Printing of Highly Stretchable and Tough Hydrogels into Complex, Cellularized Structures)》。


由于该水凝胶变得更加坚韧、结实,它的可应用范围将大大增加。而对于3D打印领域来说,这意味着它能够被3D打印,也既是它可以用于更加精细的定制化生物制造。这些水凝胶将成为制造软机器人上的致动器的完美解决方案。而最让人感兴趣的是,这种“超级水凝胶”可用于3D打印可置换关节以及人类鼻子、耳朵软骨。

3D打印鼻子

“这种材料是一种真正的创新——可作为3D打印新油墨的高强度生物相容性水凝胶。”麻省理工学院(MIT)副教授、论文的共同作者之一赵宣和(Xuanhe Zhao)称。“具体来说,它是由两种不同生物聚合物制成的复合材料。这两种材料每种单独看来都十分脆弱,一旦你把它们放在一起,就会变得非常坚韧和结实。这就像钢筋与混凝土的关系。”


这些水凝胶的属性与人类软骨相似,但性能远远优于真正的人类软骨。例如,它们可被3D打印成各种不同的形状,比如金字塔、螺旋、中空立方体等等。它们可以3D打印成一个人的鼻子或耳朵的形状,以及人体关节内软骨的形状。尤其值得一提的是,该水凝胶的可压缩率接近99%,从下面的视频可以看到,一个3D打印的水凝胶金字塔可以被压缩至几乎达到一张纸的厚度,放松之后它会很容易地反弹到原来的形状。它还能被拉伸至原有大小的5倍。


研究人员也能很容易地调整其粘度使其可以作为3D打印材料。另外,它的强度也比普通的人类软骨强得多,这意味它可以成为非常完美的人类关节软骨的替代材料。


之前的水凝胶除了无法3D打印之外,而要获得坚韧的属性就要加入一些特殊的化学品,这就几乎无法用它们来封装活细胞,因为这些化学物质会很快都让它们死光光。


而这种新型的水凝胶能则能够填装各种活的细胞,比如干细胞,而不会使其受到任何损害。这就为未来的医疗应用带来各种各样的可能性。

3D打印耳朵

用该水凝胶材料在各种尺度下制造的结构,最小可达分子水平(上图)。使用该材料3D打印出来的对象弹性非常好,它可以被压平,然后弹回到原有形状(下图)


组成该超级水凝胶的聚合物之一提供了极端的弹性,而另一种聚合物则可以保证其在变形时不至于像普通的脆性水凝胶那样裂开。而研究人员还在这两种聚合物中加入了具有生物相容性的“纳米粘土”,使得可以精准地控制该水凝胶从3D打印机的喷嘴中流出。


目前,研究人员们正在努力完善这种材料的3D打印方法。当前的3D打印机已经能够使用该材料以500微米的精度打印3D对象,预计这一精度将很快能够进一步提高。

本文网址:http://www.aonisi3d.com/news/418.html

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