3D打印技术新方向——3D打印凝胶

发布日期：2022-05-11 浏览数：927 次

凝胶，外界条件(如温度,外力,电解质或化学反应)的变化是体系由溶液或者溶胶转变为一种特殊的半固体状态, 即凝胶。凝胶是分散体系的一种特殊形式,介于固体和液体之间。

凝胶与溶胶(或溶液)有很大不同。溶胶或溶液中的胶体质点或大分子是独立的运动单位，可以自由行动，因而溶胶具有良好的流动性,而且显示出固体的力学性质。如具有一定的弹性,强度,屈服值等。

凝胶和真正的固体又不完全一样,它由固液两相组成,属于胶体分散体系,共结构结构强度有限,易遭受变化。改变条件,如温度，介质成分或者外加作用力时，能使结构破坏，发生不可逆变形，结果产生流动。

目前关于凝胶的3D打印发展取得巨大进展。

1. 3D 打印高强度聚（N-丙烯酰基甘氨酰胺）PNAGA水凝胶, 天津大学刘文广教授团队通过将NAGA侧链两个酰胺间的CH2换成NH，使NASC侧链带有一个酰胺键和一个脲基的设计与合成，成功制备了PNASC超分子聚合物水凝胶。并将其用在半月板的替代物,具有良好的生物相容性，对关节软骨起到保护作用。

2. 3D打印柔性水凝胶

3D打印作为新兴的先进制造技术，具有个性化, 适合复杂内部结构, 快速一步成型的特点，因此，将3D打印应用在水凝胶变形器件，能够充分发挥其在微结构制备方面的优势。

中科院兰州化学物理研究所王晓龙研究员团队采用数字光处理（DLP）3D打印技术，通过在一侧构筑不对称的微结构实现了湿度刺激下的变形水凝胶材料和器件。（如图）通过在样条的表面一侧构筑垂直或倾斜于长度方向微沟槽实现快速可控的弯曲。

3. 3D微型光固化技术（PUSL）打印石墨烯, 石墨烯是地球上强度最高的材料之一，密度小，有优良的导电性能，目前主要用于电池和航空航天工业。那么将2D状态的石墨烯发展成复杂三维结构经常是现代工业必要的。弗吉尼亚理工大学和劳伦斯利弗莫尔国家实验室用微型光固化技术（PUSL）投影进行固化成型，将石墨烯气凝胶与光敏树脂融做材料, 在炉子中干燥结构去除其他成分组成，能够达到低至10μm的石墨烯气凝胶3D打印机层，这是迄今为止最接近2D石墨烯碳原子的3D打印厚度。

4. 双光子3D打印, 中科院理化所仿生智能界面科学中心有机纳米光子学实验室郑美玲研究员团队，近期在水溶性双光子引发剂设计及应用方面取得新进展。在前期工作基础上，进一步提出了高性能水溶性双光子光功能材料分子设计思想与策略，有效提高了双光子吸收截面和生物相容性，突破了非水溶性材料的双光子吸收特性与水溶性难以兼顾的瓶颈，设计合成了一系列高效水溶性双光子引发剂，并应用于仿生3D水凝胶结构的构筑，相关研究成果发表在ACS Applied Materials and Interfaces：https://doi.org/10.1021/acsami.1c02227（DOI: 10.1021/acsami.1c02227）。

不同的3D打印成型技术, 从FDM, 到 DLP光固化成型, 投影微型光固化技术（PUSL）,再到双光子3D打印, 在凝胶的制备中起到不可或缺的重要作用。

博瑞科全三维，目前已经掌握了多种3D打印技术，包含光固化3D打印、FDM 3D打印等等，欢迎感兴趣的朋友前来洽谈。

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