超級水凝膠即將問世~可用于3D打印人類組織替代品

在醫(yī)療技術(shù)、軟機(jī)器人和藥物傳遞系統(tǒng)方面，水凝膠往往能夠帶來更多的創(chuàng)新。研究人員每天都在發(fā)現(xiàn)新的技術(shù)、混合物和化學(xué)過程。對于不熟悉水凝膠的讀者，小編先來科普一下。水凝膠是一種以水為分散介質(zhì)的高分子網(wǎng)絡(luò)體系，柔軟濕潤并具備生物相容性，可以保持一定的結(jié)構(gòu)和形狀。人工合成水凝膠在自然條件下通常比較脆弱，不過這一情況似乎將得到改變。

在Journal of Advanced Materials一份新的研究報(bào)告中，研究人員聲稱發(fā)現(xiàn)了一種新方法能夠制造更加強(qiáng)韌結(jié)實(shí)的水凝膠，同時(shí)使其在結(jié)構(gòu)上能夠?qū)⒓?xì)胞封裝在內(nèi)。
如果事情屬實(shí)，這將是一大突破。因?yàn)樽兊酶�加�?qiáng)韌結(jié)實(shí)，水凝膠的應(yīng)用領(lǐng)域必然更加廣泛。最重要的是，這些材料能夠用于3D打印，制作非常精細(xì)的生物產(chǎn)品。這類水凝膠能夠?yàn)橹谱鬈洐C(jī)器人制動器，藥物緩釋劑和3D打印人造軟骨提供更好地解決方案。而最有趣的則是利用這些材料來3D打印關(guān)節(jié)、鼻子和耳軟骨等人體組織的替代
品。

“這是真正的材料創(chuàng)新，一種新的3D打印用油墨，由具有生物相容性的強(qiáng)力水凝膠制成�！盡IT機(jī)械工程學(xué)副教授Xuanhe Zhao解釋說，“具體來說，它是由兩種不同生物高聚物制成的復(fù)合材料。這兩種材料每種單獨(dú)看來都十分脆弱，不過一旦相互結(jié)合，它們就會變得非常堅(jiān)韌和結(jié)實(shí)，就如同鋼筋混凝土�！�

這些水凝膠與人肋軟骨性質(zhì)相似，但性能卻遠(yuǎn)優(yōu)于后者。舉例來說，它們能夠被3D打印成如金字塔，扭曲的捆綁形，多層網(wǎng)格，空心立方體等多種形狀，甚至是人類鼻子、耳朵和關(guān)節(jié)軟骨的形狀。一個(gè)3D打印的金字塔形水凝膠能夠被壓縮99%的體積，不過一旦解除，還能迅速輕易恢復(fù)成原來的形狀。同時(shí)，這種有粘性的材料很容易被改良，以便能夠在3D打印機(jī)上使用，還能被拉伸為原來5倍的體積。它還有比真正人肋軟骨更高的強(qiáng)度，這意味著作為替代品，它能夠在承受磨損和撕扯方面做得更好。

除了不能夠用作3D打印，以前的水凝膠也需要使用特殊的化學(xué)品來獲得強(qiáng)度和彈性。這意味著幾乎不可能將活細(xì)胞封裝進(jìn)它的內(nèi)部，因?yàn)榛瘜W(xué)品會很快將后者殺死。

而新型的水凝膠能夠填充各種細(xì)胞而不對其造成任何傷害。這就為未來的醫(yī)療應(yīng)用帶來了多種可能性。

組成這種3D打印材料的其中一種聚合物能夠提供超強(qiáng)的彈性，另一種聚合物則可以即使消耗能量，使得其在變形時(shí)不至于像普通的脆性水凝膠那樣裂開。這兩種聚合物還被加入了具有生物相容性的“納米粘土”，使得研究人員和科學(xué)家能夠精確控制該水凝膠從3D打印機(jī)噴頭的流出。

目前，研究人員們正在努力完善這種材料的3D打印方法。當(dāng)前的3D打印機(jī)已經(jīng)能夠使用該材料以500微米的精度打印3D對象，不過在技術(shù)的不斷進(jìn)步下，相信這一數(shù)值會很快提高。
via 3dprint