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【中國智能制造網(wǎng) 技術(shù)前沿】近日，來自新澤西州新布朗斯維克的Rutgers大學(xué)的工程師團隊展示了用于智能水凝膠材料的4D打印結(jié)構(gòu)的新方法。這個3D打印的水凝膠結(jié)構(gòu)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(yīng)用的開發(fā)。
羅格斯大學(xué)4D打印智能水凝膠結(jié)構(gòu)可改變形狀和大小
近在“科學(xué)報告”雜志上發(fā)表了一個研究項目的詳細(xì)研究報告。據(jù)了解，該項目由羅格斯大學(xué)機械與航空航天工程系的助理教授Howon Lee領(lǐng)導(dǎo)。
基于水基凝膠的水凝膠材料在增材制造領(lǐng)域變得越來越重要，特別是對于某些生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用?？茖W(xué)家和工程師們正在迅速發(fā)現(xiàn)能夠從水凝膠中制造用于生物醫(yī)學(xué)裝置、植入物等結(jié)構(gòu)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(xué)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(jié)構(gòu)，這種水凝膠結(jié)構(gòu)可以根據(jù)溫度改變其形狀和大小。
這項研究的一個關(guān)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(jié)構(gòu)剛性，并且可以成為將藥物輸送和釋放到體內(nèi)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(zhí)行器、生物醫(yī)學(xué)設(shè)備，并促進細(xì)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(xué)家數(shù)十年來用于各種目的。不過，正如羅格斯大學(xué)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(xiàn)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?yōu)槁斆鞯牟牧稀?rdquo;
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(shù)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(xué)品和光敏化學(xué)品結(jié)合，使得樹脂在受光時能夠固化。
研究人員還開發(fā)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(jié)構(gòu)放置在溫度低于32°C(90°F)的環(huán)境中，則會吸收環(huán)境中的水分并且尺寸增大。然而，當(dāng)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(rèn)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(yīng)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(guī)模。根據(jù)研究小組的說法，它可以打印出像人發(fā)的寬度一樣小，直徑“幾毫米”的物體。
終，研究目標(biāo)是使用4D打印方法和水凝膠創(chuàng)建“活的”結(jié)構(gòu)，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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