3D打印技術(shù)是將聚合物按照精確設(shè)定的模型，一層一層沉積來實(shí)現(xiàn)快速制造物體的。一旦打印結(jié)束，這些聚合物即宣布“死亡”——也就是說，它們不能被再次延伸以形成新的聚合物鏈。

    最近，來自麻省理工學(xué)院的化學(xué)家們開發(fā)出了一種技術(shù)，允許人們對已打印好的材料二次加工，為其接上新的聚合物，從而改變材料的化學(xué)組成和機(jī)械性能。研究人員還可以將兩個(gè)或更多打印材料融合在一起，形成更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。

     麻省理工學(xué)院化學(xué)系的副教授耶利米?約翰遜（Jeremiah Johnson）說：“這一概念就是，你可以先打印一種材料，然后利用光照使其變形成其他東西，或是讓其繼續(xù)生長。”

     作為資深作者約翰遜在1月13日出版的《美國化學(xué)學(xué)會核心科學(xué)》上發(fā)表了一篇論文，稱這項(xiàng)技術(shù)可以極大地?cái)U(kuò)展3D打印材料的復(fù)雜性。該論文的主要作者是前麻省理工學(xué)院博士后陳茂（音譯，Mao Chen）和研究生顧玉偉（音譯，Yuwei Gu）。

活性聚合技術(shù)

     3D打印（也稱為增材制造）的最常用技術(shù)之一是立體光刻。立體光刻裝置利用光照射單體的液體溶液、塑料及其他材質(zhì)的構(gòu)件，從而形成固態(tài)聚合物層，直至生成最終的形狀。

    幾年前，約翰遜和他的同事已開始著手利用被稱為“活性聚合”的技術(shù)來制造可修改的3D打印結(jié)構(gòu)體，這一技術(shù)允許打印材料隨意停止生長，過后再重新開始。2013年，研究人員證實(shí)他們可以使用一種由紫外光激發(fā)的聚合反應(yīng)，為3D打印材料增加新的功能。即材料打印好后，用紫外光進(jìn)行照射，使某些點(diǎn)上的聚合物鏈發(fā)生斷裂，產(chǎn)生稱為自由基的非常活潑的分子。自由基如同一種分子粘合劑，溶液里的單體在這種活潑粒子的作用下又結(jié)合到原來已打印好的材料上。

    “這項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是——當(dāng)你打開燈，聚合物分子鏈就增長，關(guān)掉燈，它們就停止”，約翰遜說，“原則上，你可以無限重復(fù)以上過程，這樣打印材料就會連續(xù)不斷地生長”。然而，這種方法被證明對材料的破壞性太大，且過程難以控制，因?yàn)樽杂苫�的反�?yīng)活性實(shí)在太強(qiáng)。

新功能

    經(jīng)過不懈努力，研究人員又設(shè)計(jì)出新的聚合物，雖然同樣是用光照來活化，但作用方式稍有不同。每一個(gè)聚合物包含有像手風(fēng)琴一樣折疊起來的化學(xué)基團(tuán)，這些化學(xué)基團(tuán)（TTCs）可以被有機(jī)催化劑活化，而有機(jī)催化劑只有在光照下才發(fā)揮作用。當(dāng)催化劑被發(fā)光二極管發(fā)出的藍(lán)光照射后，它們將新的單體附著到TTCs上，使其伸展開來。由于這些單體均勻地結(jié)合在整個(gè)結(jié)構(gòu)中，所以它們賦予材料新的性能。

    “這就是本論文的創(chuàng)新點(diǎn)——我們真的擁有了一種真正可行的方法，可以按我們想要的方式制造宏觀材料并能控制它的生長”，約翰遜說。

研究人員在《美國化學(xué)學(xué)會核心科學(xué)》上刊發(fā)的論文中表示，他們能用結(jié)合單體的方法改變材料的機(jī)械性能（例如剛度）及其化學(xué)性質(zhì)，包括疏水/親水性。甚至可以通過加入某種類型的單體使材料實(shí)現(xiàn)隨溫度變化而伸縮或膨脹。

    研究人員還使用這種方法成功將兩個(gè)構(gòu)件融合在一起，通過在它們彼此接觸的區(qū)域進(jìn)行光照。

新南威爾士大學(xué)化學(xué)工程專業(yè)的副教授西里爾?波伊爾（Cyrille Boyer），雖沒有參與這項(xiàng)研究，但他這樣描述這一研究成果：這是非常振奮人心的一篇論文，利用可見光和光致氧化還原催化劑來制造可生長、可復(fù)制的“活性”凝膠。通過融合高分子科學(xué)和材料科學(xué)這兩大領(lǐng)域，約翰遜和他的同事們設(shè)計(jì)出全新的熱敏性凝膠，并克服了目前凝膠制備中存在的局限性。

目前該技術(shù)尚存的一個(gè)缺陷是，有機(jī)催化劑需要無氧環(huán)境。據(jù)報(bào)道，研究人員現(xiàn)在正在測試一些其他類型的催化劑，可以催化類似的聚合反應(yīng)，且能在氧氣存在下使用。

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