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圖片顯示了3D打印材料的開放晶格模型，材料的不同顏色表明了不同的強(qiáng)度及靈敏度。

　　研究人員已探究出一種新方式來制造粗糙但柔軟，且濕潤的水凝膠，并將它制成復(fù)雜又精致的圖案形狀。研究人員表示，這一過程有助于生產(chǎn)能夠幫助藥物或細(xì)胞進(jìn)入體內(nèi)的可注射材料、再生承載組織支架以及堅固且靈敏的機(jī)器人。

　　這一研究發(fā)表在Advanced Materials的一篇論文中，作者包括麻省理工學(xué)院機(jī)械工程系副教授Xuanhe Zhao及其在麻省理工學(xué)院、杜克大學(xué)和哥倫比亞大學(xué)的同事。

　　Zhao表示，新工藝可以產(chǎn)生復(fù)雜的水凝膠結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)十分牢固，能與細(xì)胞封裝結(jié)構(gòu)相兼容。這將使打印三維復(fù)雜的水凝膠結(jié)構(gòu)成為可能。例如：埋植劑與細(xì)胞和藥物融合，然后被植于體內(nèi)。

　　水凝膠，由水分子構(gòu)成，包裹在橡膠聚合物網(wǎng)絡(luò)中，具有特定的形狀和結(jié)構(gòu)，類似于軟骨等自然組織，這些自然組織在身體里被看成一個自然的減震器。新的3D打印過程有利于生產(chǎn)堅固的人工水凝膠結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)可以修理或更換軟骨等承載組織。

　　Zhao在麻省理工學(xué)院土木與環(huán)境工程系達(dá)成一個聯(lián)合協(xié)議，他說：新材料是良性的，能使類似干細(xì)胞等活細(xì)胞合成在一起，提高細(xì)胞的生存能力。

上圖，是水凝膠材料在不同尺度下的結(jié)構(gòu)，一直細(xì)化到分子模式。下圖表明，這種方法使材料3 D打印變得非常靈活，它可以在壓縮后恢復(fù)原狀。

　　此外，Zhao 指出，之前的工作并不能產(chǎn)生具有堅固水凝膠的復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)。新型生物相容性堅固水凝膠可以被打印成不同的3 D結(jié)構(gòu)，如：空心立方體，半球，金字塔，交叉曲線，多層網(wǎng)狀，以及與生理相關(guān)的形狀，如：人類的鼻子或耳朵。

　　Zhao 表示，新方法采用商用3 D打印機(jī)制：這一創(chuàng)新的確與材料有關(guān)，這是一種新型三維打印墨水，專為生物相容性堅固水凝膠設(shè)計。具體來說，這是兩種不同生物聚合物的合成，他說：單獨的一種材料容易受損，但是合成在一起，就像鋼筋混凝土一樣堅固。

　　其中一種聚合物為印刷材料提供彈性，另外一種聚合物能讓材料在變形時消散能量而不至于被破壞。第三種成分，生物相容的納米黏土，用于調(diào)整材料的粘度，提高3 D打印噴嘴對流量的控制力。

　　該論文的第一作者，Zhao副教授研究小組的博士后Sungmin Hong說：制作材料十分靈活，以至于打印出來的形狀，例如：金字塔，被壓縮至99%后，還能恢復(fù)原來的形狀。還能延伸到其原始大小的5倍。這樣的韌性是自然身體組織的一個關(guān)鍵特性，因為這些組織通常需要承受各種各樣的力量和影響。

　　Zhao表示，這些材料最終可能會被制成客戶需要的形狀，用來替換耳朵、鼻子或負(fù)重關(guān)節(jié)中的軟骨組織。實驗研究表明，這種材料甚至比自然軟骨組織更牢固。

　　下一步研究將針對提高打印機(jī)的分辨率，目前從動物模型測試來看，打印水凝膠結(jié)構(gòu)的分辨率只有500微米。Zhao說：我們正在提高分辨率，爭取打印出更精確的應(yīng)用結(jié)構(gòu)。

　　除了生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用，同樣的技術(shù)可以應(yīng)用于打印各種柔軟但耐用的結(jié)構(gòu)材料，例如：柔軟的機(jī)器人制動器。