研究

科学家开发了一种新的高强度,基于海藻的水凝胶用于3D打印

来自北卡罗莱纳州立大学研发出了一种新型高性能、基于海藻的3D打印水凝胶。

被称为自增强的同种复合水凝胶(HHG),通过将不同尺寸的相同藻氨酸网络集成在一起来产生挤出材料。结果是水凝胶自身加强,除了现在其机械性能具有更大的强度和灵活性。

“我们加强了一种具有相同材料的水凝胶材料,这是显着的,因为它仅使用一种材料来提高整体机械性能,”李连秀解释,化学和分子工程助理教授和本文共同作者的助理教授Lilian Hsiao解释说。

科学家们相信,他们的新3D打印材料可能会对生物医学工程产生重大影响,如生物打印支架、伤口敷料,甚至软机器人。

高强度水凝胶可以3D打印用于动态应用。照片来自北卡罗莱纳州立大学。
该高强度水凝胶用化学性质相同的化合物增强。照片来自北卡罗莱纳州立大学。

水凝胶的局限性

水基水凝胶对于它们的生物相容性和低毒性很好,使研究人员能够捕获药物和组织工程实验的生物分子。不幸的是,它们往往是非常柔软或非常脆弱,这意味着它们根本并不提供广泛使用所需的韧性,如食品和柔性电子产品。

然而,有一些方法可以提高水凝胶的弹性。最常见的方法是使用纤维增强,这可以帮助控制刚度,同时鼓励细胞活性和反应。这样做的缺点是,由不同材料制成的填料与凝胶基质可能导致应力界面,从而导致材料裂缝。

北卡罗来纳团队采用了不同的材料设计方法,选择了同质复合材料,或单一材料复合材料。通过合并同一藻酸盐化合物的网络在一起,他们能够消除脆性与不同的材料增强。

研究研究的共同作者奥林·梅尔文解释说:“这些同种复合材料 - 藻酸盐介质内的软纤维藻酸盐颗粒 - 真的是两个水凝胶,一个是颗粒水凝胶,一个是分子水凝胶。合并在一起它们产生类似的果冻材料,比其部件的总和更好,并且可以精确地调整其特性以通过用于按需制造的3D打印机来整合。“

海藻酸盐增强剂的SEM成像。图片来自北卡罗来纳州立大学。
海藻酸盐增强剂的SEM成像。图片来自北卡罗来纳州立大学。

医疗3D打印的新路线

水凝胶中使用的海藻酸盐来自海藻和藻类,由于其愈合效果,通常用于伤口敷料。因此,该团队相信,这种材料将成为一个优秀的高强度绷带或3D打印给药贴片。同类复合材料的其他潜在应用包括定制食品和用于软机器人设备的夹持器。

在未来的工作中,北卡罗来纳州的研究小组打算微调其材料开发过程,并改进水凝胶网络的合并。该技术最终还将与其他类型的水凝胶一起使用,为应用于消费品和功能涂料铺平道路。

该研究的更多细节可以在题为“具有协同增强分子胶网的可印刷同性化水凝胶”。由萧丽莲、Orlin Velev等人合著。

生物材料3D打印研究

在学术界越来越多地研究诸如藻类等生物材料的3D印刷。研究人员来自代尔夫特理工大学(代尔夫特理工大学)最近使用了一种新的3D生物打印技术来创建一个由藻类细胞制成的活的“人造叶子”材料.这项研究利用3D打印技术将微藻直接打印到一种非活的细菌纤维素中——细菌产生的有机排泄化合物——从而创造出一种具有光合作用能力的坚韧而灵活的材料。

在其他地方,来自瓦赫宁根大学瓦伦西亚大学曾经使用3D打印生产过一系列微藻类谷物零食.该团队使用双挤压3D打印机,通过定制食物的形状、质地和颜色,试图让食物更美味,在视觉上更有吸引力。

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特色图像显示3D印刷后的高强度水凝胶。照片通过北卡罗来纳州立大学。

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