中科院、西北民族大學《AM》：二甲基亞砜介導的高保真水凝膠3D打印(2)
時間：2024-08-24 09:54 來源：GK綠鑰生物科技 作者：admin 閱讀：次
為了研究凝膠的抗脫水機理，系統地考察了不同溶劑配比下打印凝膠的溶劑蒸發行為（圖3）。研究發現，隨著DMSO含量的增加，抗脫水性能顯著改善。尤其是在空氣中暴露48小時后，含有較高比例DMSO的凝膠表現出較低的蒸發率，從而確保3D打印過程中結構的高保真度和精度。此外，流變測試表明DMSO的加入不僅提高了凝膠的抗脫水性能，還提升了其機械性能和溫度響應性能。
圖3 還原光聚合3D打印凝膠的抗脫水性能
為了觀察3D打印過程中水凝膠因水分蒸發導致的形狀變化，設計并制造了一個圓錐陣列結構（圖4）。研究發現，使用純水溶劑的水凝膠在暴露1小時后開始變形，5小時后發生顯著收縮，導致嚴重的結構變形。而含有DMSO的水凝膠在暴露5小時后能夠保持其形狀，表明DMSO的加入改善了水凝膠的抗脫水性能，但過高的DMSO濃度可能會影響水凝膠的制造性能。最終確定了DMSO:H2O=3:7的溶劑比例在3D打印中具有最佳的制造性能、出色的抗脫水性能和高保真度。
圖4 圓錐陣列結構暴露在空氣中不同時間的照片
通過將凝膠浸泡在金屬離子溶液中并進行去離子水透析，成功轉化為具有高含水量的水凝膠。不同溶劑比例的水凝膠含水量超過70%，這種高含水量的水凝膠在生物醫學和深海智能設備中具有廣泛的應用前景。通過金屬離子配位和水透析過程，大大增強了水凝膠的機械性能。實驗表明，單純化學交聯網絡的凝膠機械性能較差，但通過金屬離子配位策略改善了這些性能，得到了一種新的R-水凝膠，其抗拉強度和楊氏模量顯著提高。這歸因于R-水凝膠通過金屬離子配位形成了物理化學雙重交聯網絡（圖5）。
圖5 凝膠和R-水凝膠的結構表征和力學性能。
通過控制溶劑交換和水溶液平衡，實現了從凝膠到水凝膠的轉變，最終構建的水凝膠模型在復雜結構的設計和制造中表現出卓越的尺寸精度和保真度。此外，通過溶劑替代和去離子水透析制備的R-水凝膠在水中30天內的尺寸變化可忽略不計，展現了極高的穩定性（圖6）。
圖6 還原光聚合3D打印水凝膠的高保真結構構造演示
水凝膠的優異的保真度為設計和制造復雜的水凝膠設備提供了新可能，尤其在醫學工程領域有著廣泛應用前景。通過細胞毒性測試證實了水凝膠在人體生理環境中的潛在應用價值，表現出良好的生物相容性。控制不同金屬離子和單體類型，可以制造出具有優良尺寸精度和保真度的水凝膠結構，為水凝膠在生物醫學、組織工程、軟體機器人和仿生粘附裝置等領域的應用開辟了新的可能性（圖7）。
圖7 還原光聚合3D打印水凝膠的高保真結構構造演示
結論：本文開發了一種通過溶劑調節和水透析實現高保真度光聚合3D打印水凝膠的新策略。利用DMSO的強氫鍵作用，凝膠在3D打印過程中展現出優異的抗干燥和抗凍性能，并轉化為具有良好保真度和機械性能的水凝膠。此外，通過調整離子配位和水透析時間，可以調節水凝膠的機械性能，為定制化功能設備的制備提供了支持。這一策略適用于多種水凝膠系統，拓寬了其在生物醫學、水下機器人、柔性皮膚等領域的應用前景。
文章來源：https://doi.org/10.1016/j.addma.2024.104346
(責任編輯：admin)
Fabric8Labs推出AI芯片定
Titomic又一合作，將與nuF
荷蘭公司將開設3D打印船舶
Chicago Additive推出AMOS
590MHz帶寬+超90%輻射效率
威斯康星大學麥迪遜分校工最新內容
突破性生物3D打印
迪拜LEAP 71公司
3D生物打印構建內
《Small Science
南洋理工-劍橋大
清華大學：抗拉強熱點內容
