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基于明胶支撑的水凝胶3D结构打印

更新时间: 2020-01-19 13:54:18  查看次数: 181    

海藻酸钠/明胶水凝胶具有良好的打印性能,这一点已经通过一系列实验验证,但是要把3D打印的凝胶结构真正运用到医学应用中,还是要进行力学性能测试。就海藻酸钠/明胶材料的拉伸性能进行了简单的测试实验,包括材料成分、离子析出和成型工艺三个方面的影响。


通过实验发现,适当含量的明胶成分的存在会增强混合水凝胶拉伸性能,而当明胶含量为8%时,明胶材料固有的不耐压性会减弱凝胶的拉伸性能;并且随着凝胶中钙离子的析出,凝胶结构内部互穿网络的减少也会使其拉伸性能下降;而最能影响水凝胶拉伸性能的是成型工艺方法,其中明胶支撑打印成型的凝胶结构的拉伸性能是最差的。基于明胶支撑的凝胶打印工艺能够突破原有打印工艺对3D结构的限制,适用于3D人体肝脏结构、空间线条结构、血管空间分叉结构、Y型血管结构等多种复杂形状的打印。这使得3D凝胶打印在细胞筛药、细胞共培养等领域都具有重要应用。实体结构的成功打印,说明凝胶在支撑中的挤出成型工艺能够使材料形成一个整体。这也为探索该工艺在器官打印方面应用打下基础。


明胶支撑打印工艺使得空间线条结构的打印得以实现,而且不需要生成另外的支撑。该结构是一个三棱锥框架,空间成型稳定,结构精度良好。为了拓展此类工艺方法的应用,如利用该工艺结合多喷头打印,可以进行不同材料在空间任意位置中任意比例的组合。设计了双喷头打印不同材料的空间结构实验,该结构是一个上下两个三棱锥拼合的结构,蓝色的凝胶线拟为一种材料,红色的凝胶线拟为另一种材料。可以看出,该结构线条明显清晰,精度良好。


基于明胶支撑的打印工艺能够打印多种任意形状复杂的结构,不需要额外的附加支撑结构,探索了该工艺对实体结构、空间线条结构、分叉结构、管道结构的打印,打印实验结果也充分显示了该工艺不受打印结构限制的优点,同时也拓展了该工艺在医疗领域的应用。



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