研究發(fā)現(xiàn)了新的3D打印凝膠和其他軟材料

軟材料在生物醫(yī)用、電子皮膚、柔性機(jī)器人等現(xiàn)代科技領(lǐng)域中具有潛在的應(yīng)用價值，因此軟材料被廣泛關(guān)注。

水凝膠作為軟材料的一種，由水分子和聚合物網(wǎng)絡(luò)組成，是以水為分散介質(zhì)的凝膠。具有高含水量、化學(xué)生物分子透過性、生物相容性以及可生物降解性等優(yōu)點。該親水材料對人體組織無刺激，因此在日常生活中得到廣泛應(yīng)用，如果凍（明膠）、嬰兒尿不濕、隱形眼鏡等。

標(biāo)準(zhǔn)的3D打印機(jī)通過創(chuàng)建材料薄片(通常是塑料或橡膠)并逐層構(gòu)建它們(例如千層面)，直到創(chuàng)建整個對象來制造實體結(jié)構(gòu)。

通常，現(xiàn)代3D凝膠打印機(jī)已使用紫外線或可見激光來啟動凝膠支架的形成。但是，科爾馬科夫和他的同事們將注意力集中在使用電子束或X射線制造凝膠的另一種3D打印技術(shù)上。這些光束可以更緊密地聚焦，因為這些類型的輻射比紫外線和可見光具有更高的能量或更短的波長，因此可以產(chǎn)生具有更精細(xì)結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的凝膠。這些細(xì)節(jié)正是組織工程以及許多其他醫(yī)學(xué)和生物學(xué)應(yīng)用所需的。電子和X射線提供了第二個優(yōu)勢：它們不需要特殊的分子集即可引發(fā)凝膠的形成。

彈性體泛指在除去外力后能恢復(fù)原狀的材料，目前彈性體更擴(kuò)展為具有彈性的聚合物的總稱。彈性體具有優(yōu)異的機(jī)械性能，并且在各種環(huán)境下表現(xiàn)出穩(wěn)定的性質(zhì)。作為疏水性材料，彈性體通常配合多種材料形成親疏水復(fù)合結(jié)構(gòu)發(fā)揮作用。

水凝膠與彈性體具有優(yōu)勢互補(bǔ)的特點，因此，設(shè)計一種同時具有水凝膠與彈性體優(yōu)勢的復(fù)合材料將極大的拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域。

實現(xiàn)水凝膠和彈性體兩種材料的*粘接，需要滿足兩個條件：一是兩者之間以共價鍵連接；二是水凝膠材料足夠堅韌。“這樣水凝膠/彈性體復(fù)合結(jié)構(gòu)才能達(dá)到較高的粘接能，實現(xiàn)強(qiáng)有力的粘接。”

用這種方法制成的一些將來的結(jié)構(gòu)可能包括用于監(jiān)視大腦活動的柔性可注射電極，用于病毒檢測的生物傳感器，柔軟的微型機(jī)器人以及可以模擬并與活細(xì)胞相互作用并為其生長提供培養(yǎng)基的結(jié)構(gòu)。

近年來，一系列的水凝膠/彈性體復(fù)合物通過界面結(jié)合的方式連接在一起，但存在界面結(jié)合力弱，質(zhì)地不均一等缺點。通過簡單的制備方法得到一種均質(zhì)的水凝膠/彈性體復(fù)合材料仍然是一大挑戰(zhàn)。

但是目前，這種緊密聚焦的短波輻射的來源(掃描電子顯微鏡和X射線顯微鏡)只能在真空中運行。這是一個問題，因為在真空中每個腔室中的液體都會蒸發(fā)而不是形成凝膠。