美國科學(xué)家開發(fā)出可3D打印的石墨烯油墨

       石墨烯，作為一種性能非常優(yōu)良的高科技材料，一直被很多3D打印專家寄予厚望，認(rèn)為如果能夠?qū)崿F(xiàn)使用石墨烯材料的3D打印，將會(huì)對(duì)整個(gè)行業(yè)產(chǎn)生巨大的影響。兩個(gè)月前，曾經(jīng)報(bào)道過，倫敦的一個(gè)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)成功地使用石墨烯3D打印出了指定結(jié)構(gòu)。如今，美國西北大學(xué)的研究人員也開發(fā)出了溶液形式的可3D打印石墨烯油墨。研究人員們?cè)趧倓偘l(fā)表的一篇論文中證明，它可以用來制造數(shù)厘米長的物體，使其可以完美用于各種技術(shù)和醫(yī)療應(yīng)用領(lǐng)域。

      石墨烯是一種由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)的二維材料：它是有史以來最薄的材料，只有一個(gè)碳原子厚度；也是有史以來最強(qiáng)的材料，強(qiáng)度是一般結(jié)構(gòu)鋼的200倍。石墨烯的導(dǎo)電性優(yōu)于銅，熱傳導(dǎo)性優(yōu)于已知的所有材料。石墨烯幾乎是完全透明的，但結(jié)構(gòu)非常致密，即使是最小的氦原子都不能穿過它。而且它與人類細(xì)胞組織相容。

      現(xiàn)在美國西北大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)在嘗試了各種方法之后，成功地使用它3D打�。ㄍㄟ^擠出）出任意形狀和大小、具備導(dǎo)電性、機(jī)械彈性和生物相容性的支架。據(jù)了解，到目前為止他們的測試已經(jīng)表明，3D打印的石墨烯腳手架是非常靈活，可以制造的直徑范圍為100微米到1000微米，不過數(shù)厘米也是可能的。
      這一令人興奮的技術(shù)突破是由西北大學(xué)生物納米技術(shù)研究所的材料科學(xué)和工程助理教授Ramille Shah和外科學(xué)助理教授Simpson Querrey完成的。

      在一支人數(shù)眾多的研究生隊(duì)伍和一臺(tái)envisionTEC BioPlotter 3D生物打印機(jī)的幫組下，他們成功地創(chuàng)造出了一種可3D打印的物質(zhì)，這種物質(zhì)的石墨烯含量比以前要高得多�！皬�3D打印的角度來看，以前有些3D打印材料中也含有石墨烯，但是這些材料中的石墨烯含量往往不超過總體積的20％，從而導(dǎo)致其電屬性顯著小于我們開發(fā)的材料�！彼麄儗�(duì)記者說。
     他們的這一成果發(fā)表在了《ACS Nano》雜志在線版上，論文名稱是《基于電子和生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的高含量石墨烯支架的3D打印（Three-Dimensional Printing of High-Content Graphene Scaffolds for Electronic and Biomedical Applications）》。在論文中研究人員稱，他們使用的3D打印線材的主要含量就是石墨烯（含量高達(dá)60%）。雖然石墨烯本身是硬而脆的，但是他們的解決方案卻非常適合3D打印，而且非常有彈性，可用于我們能夠想到的任何應(yīng)用。而獲得高水平的石墨烯及其結(jié)構(gòu)功能的關(guān)鍵在于一種特別的生物相容彈性粘接劑——PLG。

      Shah解釋說，他們的研究目的是為了滿足醫(yī)療應(yīng)用中對(duì)于更多創(chuàng)新性生物材料的需要——特別是神經(jīng)組織的再生。他們開發(fā)的這種石墨烯油墨相對(duì)便宜，容易制造，而且非常適合該功能。
      那么這種石墨烯油墨是怎么制造出來的呢？簡而言之，它是將彈性體溶液與石墨烯粉體分散混合。該溶液隨后被增稠和濃縮。這個(gè)工藝過程在理論上無論多大的規(guī)模都可以做，可以保證常規(guī)的醫(yī)療應(yīng)用。
      Shah繼續(xù)解釋說，他們的測試已經(jīng)表明，這些石墨烯油墨特別適合醫(yī)療應(yīng)用，它們很容易用在手術(shù)中，可以制成任何尺寸，并能夠縫合到人體組織中。尤其值得注意的是，這種3D打印的石墨烯結(jié)構(gòu)可以用在準(zhǔn)備變成神經(jīng)細(xì)胞的干細(xì)胞中�！霸谖覀兊膶�(shí)驗(yàn)中，我們已經(jīng)展現(xiàn)了3DG支架誘導(dǎo)成熟間葉干細(xì)胞的神經(jīng)分化的能力，而且這一分化不需要任何其他神經(jīng)生長因子或外界刺激�！彼�說，“這是一個(gè)重要的發(fā)現(xiàn)，支持了材料本身可以用于誘導(dǎo)特殊的細(xì)胞反應(yīng)。石墨烯油墨的這一特性可以用于組織工程和再生醫(yī)學(xué)的應(yīng)用�！�

      這一革命性的全新3D打印油墨可能會(huì)由此打開更多的機(jī)會(huì)之門，比如促進(jìn)受損或無功能的組織如神經(jīng)、骨骼、甚至心臟肌肉的再生。由于它們比較易于生產(chǎn)和在醫(yī)療環(huán) 境中使用，石墨烯油墨無疑將會(huì)在醫(yī)療行業(yè)掀起一場風(fēng)暴。除了這些醫(yī)療應(yīng)用之外，這種石墨烯油墨也可以用來開發(fā)可植入的生物傳感器和各種電子裝置。所以這確實(shí)是個(gè)重大的突破，看起來下一代3D打印技術(shù)已經(jīng)近在咫尺了。