美國科學家開發(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，認為如果能夠實現(xiàn)使用石墨烯材料的3D打印，將會對整個行業(yè)產(chǎn)生巨大的影響。兩個月前，曾經(jīng)報道過，倫敦的一個科學家團隊成功地使用石墨烯3D打印出了指定結構。如今，美國西北大學的研究人員也開發(fā)出了溶液形式的可3D打印石墨烯油墨。研究人員們在剛剛發(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和醫(yī)療應用領域。

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

      現(xiàn)在美國西北大學的研究團隊在嘗試了各種方法之后，成功地使用它3D打印（通過擠出）出任意形狀和大小、具備導電性、機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突破是由西北大學生物納米技術研究所的材料科學和工程助理教授Ramille Shah和外科學助理教授Simpson Querrey完成的。

      在一支人數(shù)眾多的研究生隊伍和一臺envisionTEC BioPlotter 3D生物打印機的幫組下，他們成功地創(chuàng)造出了一種可3D打印的物質，這種物質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％，從而導致其電屬性顯著小于我們開發(fā)的材料。”他們對記者說。
     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)學應用的高含量石墨烯支架的3D打�。═hree-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用。而獲得高水平的石墨烯及其結構功能的關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)療應用中對于更多創(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)療應用，它們很容易用在手術中，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打印的石墨烯結構可以用在準備變成神經(jīng)細胞的干細胞中�！霸谖覀兊膶嶒炛校�我們已經(jīng)展現(xiàn)了3DG支架誘導成熟間葉干細胞的神經(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，“這是一個重要的發(fā)現(xiàn)，支持了材料本身可以用于誘導特殊的細胞反應。石墨烯油墨的這一特性可以用于組織工程和再生醫(yī)學的應用。”

      這一革命性的全新3D打印油墨可能會由此打開更多的機會之門，比如促進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在醫(yī)療行業(yè)掀起一場風暴。除了這些醫(yī)療應用之外，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。所以這確實是個重大的突破，看起來下一代3D打印技術已經(jīng)近在咫尺了。