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光固化3D打印水凝膠:革新技術、材料及其在組織工程與柔性器件中的前沿應用
隨著科學技術的飛速發展,傳統制備方法已無法滿足對可植入材料、定制化醫療、個性化穿戴等領域日益增長的需求。在這一背景下,光固化3D打印技術以其獨特的技術原理和高精度、高速度的特點,逐漸嶄露頭角。近期,北京化工大學材料科學與工程學院光聚合技術應用研究中心的朱曉群副教授和聶俊教授團隊在光固化3D打印水凝膠領域取得了重要進展,為組織工程和柔性器件的制造帶來了革命性的改變。
水凝膠作為一種由大量水和親水性三維聚合物網絡組成的軟體材料,因其與天然細胞外基質相似的結構以及良好的生物相容性,被廣泛應用于組織工程和柔性器件等領域。然而,傳統的制備方法往往效率低下,無法滿足個性化定制的需求。而光固化3D打印技術通過高效的光化學反應和光的時空可控性,為水凝膠的制備提供了全新的解決方案。
朱曉群副教授和聶俊教授團隊在Macromolecular Rapid Communications上發表了一篇綜述文章,全面梳理了光固化3D打印水凝膠技術的發展歷程、技術特點以及原材料。文章介紹了包括直接油墨書寫(DIW)、立體光刻成型技術(SLA)、數字光處理快速成型技術(DLP)等在內的多種光固化3D打印技術,并詳細闡述了這些技術的原理、優勢以及在水凝膠制備中的應用。
此外,文章還對光固化3D打印水凝膠的原材料進行了深入剖析,包括低聚物、單體、引發劑及添加劑等。這些原材料的選擇和組合對于水凝膠的性能和打印效果具有至關重要的影響。通過合理的配方設計和優化,可以實現水凝膠材料的高精度打印和定制化制備。
更令人振奮的是,光固化3D打印水凝膠在組織工程和柔性器件領域展現出了廣闊的應用前景。通過精準控制打印過程,可以制備出具有復雜結構和優異性能的水凝膠組織工程支架,為組織再生和修復提供了有力的工具。同時,水凝膠的柔性和生物相容性也使其成為柔性傳感器和制動器等器件的理想材料,為個性化穿戴和人機交互等領域帶來了無限可能。
然而,光固化3D打印水凝膠技術的發展仍面臨一些挑戰。如何進一步提高打印精度和效率、優化水凝膠材料的性能以及實現更廣泛的應用場景等問題仍待解決。未來,該團隊將繼續深入研究光固化3D打印水凝膠技術,推動其在組織工程和柔性器件等領域的應用和發展。
該工作得到了國家自然科學基金等項目的支持,相關論文已在Macromolecular Rapid Communications上發表。這一研究成果的發布,標志著我國在光固化3D打印水凝膠領域取得了重要突破,為未來的組織工程和柔性器件制造開辟了新的道路。