供稿人:連偉波 魯中良 發(fā)布日期：2018-01-27
水凝膠（Hydrogel）是以水為分散介質(zhì)的凝膠，具有網(wǎng)狀交聯(lián)結(jié)構(gòu)的水溶性高分子中引入一部分疏水基團(tuán)和親水殘基，親水殘基與水分子結(jié)合，將水分子連接在網(wǎng)狀內(nèi)部，而疏水殘基遇水膨脹的交聯(lián)聚合物，是一種高分子網(wǎng)絡(luò)體系，性質(zhì)柔軟，能保持一定的形狀，能吸收大量的水，同時有很好的生物相容性。典型的水凝膠聚合物非常脆弱而且易損，但是，杜克大學(xué)的Hong, Sungmin等研究人員在《ADVANCED MATERIALS》公開了一種可3D打印的高伸縮性高韌性的水凝膠材料。
圖1 水凝膠通過3D打印后蜂窩結(jié)構(gòu) 圖2 封裝于這種水凝膠內(nèi)部的細(xì)胞的存活率
這種可用于3D打印的材料基于聚乙二醇和海藻酸鈉體系的高伸縮性高韌性的水凝膠比天然軟骨更柔韌,如圖一。封裝于這種水凝膠內(nèi)部的細(xì)胞在超過7天的時間后，同時進(jìn)行高度變形后，還能保持較高的存活率。通過添加生物相容性納米粘接劑，這種水凝膠可以打印的各種形狀而不需要支撐材料。
圖3 上圖為該水凝膠變形的微觀圖，下圖為宏觀表示
圖4 該水凝膠的機(jī)械力學(xué)特性
圖5 該水凝膠3D打印制作的模型
這些水凝膠的性質(zhì)與生物軟骨有很高的相似度，甚至有些性能更勝于真實的生物軟骨。如圖五，它們能夠被3D打印成各種形狀，比如金字塔型，基因組型，多層網(wǎng)格型，空心立方體，或者其他更多模型。同樣，它們也能夠被打印成人類鼻子或耳朵，或者人類身體其他關(guān)節(jié)部位的軟骨。一個3D打印的水凝膠金字塔能夠被壓縮幾乎百分之九十九，然而當(dāng)你放手后，它將會快速恢復(fù)原狀。同時，研究人員正在不斷優(yōu)化用水凝膠來3D打印實物的方法。隨著進(jìn)一步的研究，精度也會適當(dāng)?shù)奶岣?，并且極具發(fā)展前景。