羅格斯大學(xué)4D打印智能水凝膠結(jié)構(gòu),，可改變形狀和大小

來自新澤西州的新布朗斯維克的Rutgers大學(xué)的工程師團(tuán)隊(duì)已經(jīng)展示了一種用于智能水凝膠材料的四維打印結(jié)構(gòu)的新方法,。這個能夠3D打印的水凝膠結(jié)構(gòu)能夠在不同溫度下改變形狀（因此是4D）的過程可以用于組織工程，軟機(jī)器人和藥物輸送應(yīng)用的開發(fā),。

最近在“科學(xué)報(bào)告”雜志上發(fā)表了一個研究項(xiàng)目的詳細(xì)研究報(bào)告,，由羅格斯大學(xué)機(jī)械與航空航天工程系的助理教授Howon Lee領(lǐng)導(dǎo)。

基本上水基凝膠的水凝膠材料在增材制造領(lǐng)域變得越來越重要,，特別是對于某些生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用,。科學(xué)家和工程師們正在迅速發(fā)現(xiàn)能夠從水凝膠中制造用于生物醫(yī)學(xué)裝置,，植入物等的結(jié)構(gòu)的潛力,。

事實(shí)證明，3D打印是操作水凝膠材料最有前景的途徑之一,。正如羅格斯大學(xué)的研究人員所表明的那樣,，甚至可以3D打印高分辨率的水凝膠結(jié)構(gòu)，這種水凝膠結(jié)構(gòu)可以根據(jù)溫度改變其形狀和大小,。

這項(xiàng)研究的一個關(guān)鍵因素是研究人員使用的智能水凝膠,，他們說這種凝膠可以提供某些器官的結(jié)構(gòu)剛性，并且可以成為將藥物輸送和釋放到體內(nèi)的有效載體,。 3D打印材料也可以適用于軟機(jī)器人,，柔性傳感器和執(zhí)行器，生物醫(yī)學(xué)設(shè)備,，并促進(jìn)細(xì)胞生長,。

有趣的是，研究中使用的水凝膠材料是相對常見的,，并已被科學(xué)家用于數(shù)十年來用于各種目的,。不過，正如羅格斯隊(duì)所指出的那樣,，現(xiàn)在還沒有人有過4D的打印材料,。

Howon Lee解釋說：“這種智能水凝膠的全部潛力到現(xiàn)在還沒有被釋放出來，我們增加了另外一個維度,，這是有史以來第一次有人做到這一點(diǎn),，它們是靈活的，形狀變形的材料,，我喜歡叫他們聰明的材料,。“

在3D打印水凝膠的過程中,，工程師使用了一種基于光刻技術(shù)的工藝,，通過沉積一層樹脂,，然后用紫外線固化它們,，從而形成物體,。為了使水凝膠可印刷，將其與粘合劑化學(xué)品和光敏化學(xué)品結(jié)合,，使得樹脂在受光時能夠固化,。

研究人員還開發(fā)了一種方法來控制3D打印的水凝膠物體在暴露于特定條件下會如何收縮或生長。例如,，如果3D打印結(jié)構(gòu)放置在溫度低于32°C（90°F）的環(huán)境中,，則會吸收環(huán)境中的水分并且尺寸增大。然而,，當(dāng)溫度升高到32℃以上時,，水凝膠逐漸收縮而失水。

“如果你完全控制了形狀,，那么你可以編程它的功能,，”李評論說。 “我認(rèn)為這就是形狀變化材料的3D打印的力量,。你幾乎可以在任何地方應(yīng)用這個原則,。“

另外值得一提的是智能水凝膠材料可以3D打印的規(guī)模,。根據(jù)研究小組的說法,，它可以打印出像人發(fā)的寬度一樣小，直徑“幾毫米”的物體,。

最終,，目標(biāo)是使用4D打印方法和水凝膠創(chuàng)建“活的”結(jié)構(gòu)，可以植入人體器官或組織,，用于藥物輸送或軟機(jī)器人,。

aau3d編譯自：3ders.org