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3D打印的纤维增强性水凝胶可以达到人体软骨的强度

日前,研究人员已经开发出一种方法,通过3d打印坚韧的纤维增强性水凝胶来模拟人类软骨的柔软和强度,可以用来修复人体受损的器官。水凝胶比较适于制造以医疗为目的的人造器官。但是要满足生物应用方面的要求,设计和合成的水凝胶就必需具有较高的机械强度。 然而,这一点是传统的水凝胶的一大弱点,从而严重限制了水凝胶的实际应用范围。为此,澳大利亚研究理事会卓越电子材料科学中心(ACES)的博士研究生Shannon Bakarich发明了使用3D打印技术打印纤维增强的水凝胶的解决方案。他们合成的水凝胶包含了大量的水,非常适宜于医学仿生方面的应用。 而它们的柔软度,则与硬质材料相比更易于被身体接受。为了创建自己的增韧水凝胶,Shannon使用一台带定制的UV固化系统的3D打印机同时打印了两种“生物油墨”。一种”油墨“固化成了柔软的湿凝胶,而另一种则在结构中加入了增强纤维,变成了类似坚硬的塑料之类的物质。为了平衡两种墨水的属性,就需要在同一个打印作业中让他们可以并排打印。“使用CAD软件,我可以建立一个纤维和水凝胶基体的数字模型,通过小心地控制结构中纤维的分布来调整机械性能,”Shannon说。“打印的纤维增强水凝胶与玻璃纤维增强冲浪板的原理是一样的”。Shannon的新方法使用了一步式打印工艺,而不是以前其他科学家在结合两种不同的材料时经常使用的两部法。该新方能够更好地控制纤维的3D分布,而且更快、更简单。为了证明他的3D打印纤维增强水凝胶的潜力,Shannon 用它模拟真实软骨的水凝胶和纤维结构,制造了一个膝盖软骨的原型。这个3D打印模型有力地证明了该技术在开发多组分水凝胶结构以用于软机器人和医用仿生方面应用的前景。这项研究发表在2014年9月8日的《Applied Materials & Interfaces》上。

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