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羅格斯大學(xué)4D打印智能水凝膠結(jié)構(gòu),改變形狀和大

來自新澤西州的新布朗斯維克的Rutgers大學(xué)的工程師團(tuán)隊(duì)已經(jīng)展示了一種用于智能水凝膠材料的四維打印結(jié)構(gòu)的新方法。這個(gè)能夠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)的過程可以用于組織工程,軟機(jī)器人和藥物輸送應(yīng)用的開發(fā)。
 
最近在“科學(xué)報(bào)告”雜志上發(fā)表了一個(gè)研究項(xiàng)目的詳細(xì)研究報(bào)告,由羅格斯大學(xué)機(jī)械與航空航天工程系的助理教授Howon Lee領(lǐng)導(dǎo)。
3D打印水凝膠
基本上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(duì)于某些生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用。科學(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,植入物等的結(jié)構(gòu)的潛力。
 
事實(shí)證明,3D打印是操作水凝膠材料最有前景的途徑之一。正如羅格斯大學(xué)的研究人員所表明的那樣,甚至可以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(xiàng)研究的一個(gè)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打印材料也可以適用于軟機(jī)器人,柔性傳感器和執(zhí)行器,生物醫(yī)學(xué)設(shè)備,并促進(jìn)細(xì)胞生長。
 
有趣的是,研究中使用的水凝膠材料是相對(duì)常見的,并已被科學(xué)家用于數(shù)十年來用于各種目的。不過,正如羅格斯隊(duì)所指出的那樣,現(xiàn)在還沒有人有過4D的打印材料
 
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?cè)黾恿肆硗庖粋€(gè)維度,這是有史以來第一次有人做到這一點(diǎn),它們是靈活的,形狀變形的材料,我喜歡叫他們聰明的材料。“
 
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(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。為了使水凝膠可印刷,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(shí)能夠固化。
3D打印水凝膠
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(huì)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(huì)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(shí),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,”李評(píng)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(gè)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。
 
最終,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(jī)器人。

編譯自:3ders.org

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