羅格斯大學4D打印智能水凝膠結構可改變形狀和大小

2018-02-17 09:59:26來源：3D虎關鍵詞：4D打印 3D打印醫療閱讀量：26678

導讀：近日，來自新澤西州新布朗斯維克的Rutgers大學的工程師團隊展示了用于智能水凝膠材料的4D打印結構的新方法。

　　【中國智能制造網技術前沿】近日，來自新澤西州新布朗斯維克的Rutgers大學的工程師團隊展示了用于智能水凝膠材料的4D打印結構的新方法。這個3D打印的水凝膠結構能夠在不同溫度下改變形狀(因此是4D)，所以該過程可以用于組織工程、軟機器人和藥物輸送應用的開發。

　　近在“科學報告”雜志上發表了一個研究項目的詳細研究報告。據了解，該項目由羅格斯大學機械與航空航天工程系的助理教授Howon Lee領導。

　　基于水基凝膠的水凝膠材料在增材制造領域變得越來越重要，特別是對于某些生物醫學應用。科學家和工程師們正在迅速發現能夠從水凝膠中制造用于生物醫學裝置、植入物等結構的潛力。

　　事實證明，3D打印是操作水凝膠材料有前景的途徑之一。正如羅格斯大學的研究人員所表明的那樣，可以3D打印高分辨率的水凝膠結構，這種水凝膠結構可以根據溫度改變其形狀和大小。

　　這項研究的一個關鍵因素是研究人員使用的智能水凝膠，他們說這種凝膠可以提供某些器官的結構剛性，并且可以成為將藥物輸送和釋放到體內的有效載體。3D打印水凝膠材料也可以適用于軟機器人、柔性傳感器和執行器、生物醫學設備，并促進細胞生長。

　　有趣的是，研究中使用的水凝膠材料是相對常見的，并已被科學家數十年來用于各種目的。不過，正如羅格斯大學研究團隊所指出的那樣，以前從來沒有人4D打印過這個材料。

　　Howon Lee解釋說：“這種智能水凝膠的全部潛力到現在還沒有被釋放出來，我們增加了另外一個維度，這是有史以來次有人做到這一點，它們是靈活的、形狀變形的材料，我喜歡稱它們為聰明的材料。”

　　在3D打印水凝膠的過程中，工程師使用了一種基于光刻技術的工藝，通過沉積一層樹脂，然后用紫外線固化它們，從而形成物體。為了使水凝膠可打印，研究員將其與粘合劑化學品和光敏化學品結合，使得樹脂在受光時能夠固化。

　　研究人員還開發了一種方法來控制3D打印的水凝膠物體在暴露于特定條件下會如何收縮或生長。例如，如果3D打印結構放置在溫度低于32°C(90°F)的環境中，則會吸收環境中的水分并且尺寸增大。然而，當溫度升高到32℃以上時，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，”Lee評論說。“我認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用這個原則。”

　　另外值得一提的是，智能水凝膠材料可以3D打印的規模。根據研究小組的說法，它可以打印出像人發的寬度一樣小，直徑“幾毫米”的物體。

　　終，研究目標是使用4D打印方法和水凝膠創建“活的”結構，可以植入人體器官或組織，用于藥物輸送或軟機器人。

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