研究發(fā)現(xiàn)了新的3D打印凝膠和其他軟材料

軟材料在生物醫(yī)用、電子皮膚、柔性機(jī)器人等現(xiàn)代科技領(lǐng)域中具有潛在的應(yīng)用價(jià)值，因此軟材料被廣泛關(guān)注。

水凝膠作為軟材料的一種，由水分子和聚合物網(wǎng)絡(luò)組成，是以水為分散介質(zhì)的凝膠。具有高含水量、化學(xué)生物分子透過性、生物相容性以及可生物降解性等優(yōu)點(diǎn)。該親水材料對(duì)人體組織無刺激，因此在日常生活中得到廣泛應(yīng)用，如果凍（明膠）、嬰兒尿不濕、隱形眼鏡等。

標(biāo)準(zhǔn)的3D打印機(jī)通過創(chuàng)建材料薄片(通常是塑料或橡膠)并逐層構(gòu)建它們(例如千層面)，直到創(chuàng)建整個(gè)對(duì)象來制造實(shí)體結(jié)構(gòu)。

通常，現(xiàn)代3D凝膠打印機(jī)已使用紫外線或可見激光來啟動(dòng)凝膠支架的形成。但是，科爾馬科夫和他的同事們將注意力集中在使用電子束或X射線制造凝膠的另一種3D打印技術(shù)上。這些光束可以更緊密地聚焦，因?yàn)檫@些類型的輻射比紫外線和可見光具有更高的能量或更短的波長(zhǎng)，因此可以產(chǎn)生具有更精細(xì)結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的凝膠。這些細(xì)節(jié)正是組織工程以及許多其他醫(yī)學(xué)和生物學(xué)應(yīng)用所需的。電子和X射線提供了第二個(gè)優(yōu)勢(shì)：它們不需要特殊的分子集即可引發(fā)凝膠的形成。

彈性體泛指在除去外力后能恢復(fù)原狀的材料，目前彈性體更擴(kuò)展為具有彈性的聚合物的總稱。彈性體具有優(yōu)異的機(jī)械性能，并且在各種環(huán)境下表現(xiàn)出穩(wěn)定的性質(zhì)。作為疏水性材料，彈性體通常配合多種材料形成親疏水復(fù)合結(jié)構(gòu)發(fā)揮作用。

水凝膠與彈性體具有優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的特點(diǎn)，因此，設(shè)計(jì)一種同時(shí)具有水凝膠與彈性體優(yōu)勢(shì)的復(fù)合材料將極大的拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域。

實(shí)現(xiàn)水凝膠和彈性體兩種材料的*粘接，需要滿足兩個(gè)條件：一是兩者之間以共價(jià)鍵連接；二是水凝膠材料足夠堅(jiān)韌。“這樣水凝膠/彈性體復(fù)合結(jié)構(gòu)才能達(dá)到較高的粘接能，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)有力的粘接。”

用這種方法制成的一些將來的結(jié)構(gòu)可能包括用于監(jiān)視大腦活動(dòng)的柔性可注射電極，用于病毒檢測(cè)的生物傳感器，柔軟的微型機(jī)器人以及可以模擬并與活細(xì)胞相互作用并為其生長(zhǎng)提供培養(yǎng)基的結(jié)構(gòu)。

近年來，一系列的水凝膠/彈性體復(fù)合物通過界面結(jié)合的方式連接在一起，但存在界面結(jié)合力弱，質(zhì)地不均一等缺點(diǎn)。通過簡(jiǎn)單的制備方法得到一種均質(zhì)的水凝膠/彈性體復(fù)合材料仍然是一大挑戰(zhàn)。

但是目前，這種緊密聚焦的短波輻射的來源(掃描電子顯微鏡和X射線顯微鏡)只能在真空中運(yùn)行。這是一個(gè)問題，因?yàn)樵谡婵罩忻總€(gè)腔室中的液體都會(huì)蒸發(fā)而不是形成凝膠。