明膠/藻酸鹽水凝膠的可3D打印性和氯化鈣的后處理

據(jù)了解,，愛荷華州立大學(xué)的研究人員正在研究生物印刷的詳細(xì)過程，并在最近發(fā)表的“ 使用基于擠壓的3D打印的水凝膠復(fù)合材料的可印刷性和氯化鈣的后處理 ”中概述了他們的發(fā)現(xiàn),，在這項研究中,，作者分析了明膠-藻酸鹽水凝膠在3D打印中的進(jìn)一步潛力，將后處理與氯化鈣溶液相結(jié)合以使零件表面光滑并增加凝膠強度,。

盡管3D打印和增材制造工藝在當(dāng)今的許多行業(yè)中都產(chǎn)生了重要影響,，但許多人希望這項技術(shù)為丸劑制造和創(chuàng)新形式的藥物輸送系統(tǒng)打開新的大門。好處無可否認(rèn),，為制造商提供了以劑量,，結(jié)構(gòu)等為每個患者量身定制的藥物形式，繼續(xù)促進(jìn)針對患者的治療的能力,。

藻酸鹽是一種在褐藻細(xì)胞壁中發(fā)現(xiàn)的多糖,，以前在與3D打印相關(guān)的眾多研究中得到了強調(diào)，因為研究人員已將通用材料與纖維素納米晶體,，氧化石墨烯和其他替代制造系統(tǒng)結(jié)合在一起,。由于其親水性，海藻酸鈉也具有生物相容性,，因此對當(dāng)今的生物打印研究人員很有用,。盡管明膠在3D打印應(yīng)用中可能無法單獨使用，但當(dāng)與水凝膠復(fù)合材料結(jié)合使用時,，兩種材料在粘度,，彈性和熱品質(zhì)方面會彼此提高。

在研究期間，創(chuàng)建了具有三種不同比例（明膠和藻酸鹽粉末）（1：4,、1：1和4：1（w / w））的實驗水凝膠,。

為了確定材料的可印刷性，進(jìn)行了兩次流變測試,。進(jìn)行流動斜率測試以評估在0.1至30.0 1 / s的增加的剪切速率下的表觀粘度,。為了表征材料的動態(tài)模量，振蕩頻率掃描測試是在0.1的小應(yīng)變下進(jìn)行的,，在整個測試過程中其頻率從0.1 rad / s增加到1000 rad / s,。”研究人員解釋說,。

在為聚合物提供一整天的水合時間后,，將用于研究的樣品印刷在Velleman K8200 3D打印機上。每個對象由12層組成,，并用注射器打印,，噴嘴直徑為0.636mm。

基于擠壓的3D打印機的模型（a）和基于擠壓的3D 打印機示意圖（b）,。

研究人員解釋說：“這種剪切稀化行為表明，在3D打印過程中出現(xiàn)剪切應(yīng)力時,，材料將更容易流動,，并且粘度降低�,！� “這可能是由于分子網(wǎng)絡(luò)在剪切應(yīng)力作用下被破壞了,。由于這種特性，一旦施加了高于屈服應(yīng)力的應(yīng)力,，這些材料就可以通過基于擠壓的打印機進(jìn)行3D打印,。”

作者不建議單獨使用明膠或藻酸鹽,，因為明膠太脆,，藻酸鹽的流動性太強，無法單獨維持穩(wěn)定的結(jié)構(gòu),。

用含5％固體的明膠和藻酸鹽比例（G / A）：1：4,、1：1和4：1的固體含量為5％的明膠-藻酸鹽水凝膠制成的3D打印幾何圖形的代表性圖像。（a）列上的圖像顯示了僅用長方體形狀的明膠-藻酸鹽水凝膠進(jìn)行3D打印的對象,。與列（b）對齊的圖像顯示了后處理過程中的3D打印對象,，方法是使用滴管將0.1M CaCl2溶液施加到表面上。

浸泡在0.1M氯化鈣（CaCl2）中后3D打印結(jié)構(gòu)的代表性圖像,，浸泡時間分別為10,、20、30和60分鐘

浸入CaCl2溶液后,，復(fù)合材料的表面光滑度顯著提高,。

根據(jù)流變特性和3D打印結(jié)果,，我們可以得出結(jié)論，明膠和藻酸鹽的最佳比例為1：1,。另外,，在氯化鈣溶液中浸泡時間不同的后處理表明，浸泡時間越長,，凝膠越結(jié)實,。研究人員總結(jié)說：“但是，應(yīng)該做進(jìn)一步的測試以確定浸泡時間對凝膠強度的影響,�,！� “這項研究的最重要發(fā)現(xiàn)是，通過將3D打印的幾何形狀浸泡在氯化鈣溶液中,，可以顯著改善凝膠強度和表面光滑度,。下一步要解決的問題是在后處理過程中改善形狀保持力�,！�

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