浙江大学：多功能水凝胶3D打印技术

供稿人:陈义 鲁中良

针对复杂软结构零件的成形需求，浙江大学提出了一种基于卡波姆流变改性剂的直写成形方法，该方法可用于多功能水凝胶快速成形。卡波姆对直写成形浆料的流变改性效果显著，可高效成形双网状水凝胶、磁性水凝胶、温敏水凝胶和生物凝胶等。成形的多功能水凝胶具备良好的机械性能和生物相容性，同时可实现各种软结构零件成形，如加载的网状结构、软机器人、4D打印树叶和培养皿等。

图1含卡波姆浆料凝胶固化原理图

研究人员将不同功能的水凝胶前驱体与剪切变薄的卡波姆胶体混合，制备出具有不同功能的水凝胶浆料。卡波姆基胶体可与双网状水凝胶、纳米颗粒增强功能水凝胶、刺激反应性水凝胶、普通水凝胶等多种水凝胶相容，适用于生物打印，提高直写成形中水凝胶结构的力学性能。卡波姆胶体具有超高的含水量(99.5%)，为直写成形浆料提供了理想的流变特性，同时水凝胶浆料具有较高的粘度，能够保证成形零件的形状完整性。

图2卡波姆对水凝胶力学性能的影响示意图

图3 直写成形的水凝胶零件

研究人员打印了功能多样、机械性能高的水凝胶零件，通过调控多种材料配方，提高了直写成形零件的复杂性和功能的多样性，并将成果应用于柔性机器人的制造和4D打印。同时，卡波姆可作为生物医学领域的重要材料，如伤口愈合、药物传递等。通过测试聚乙二醇双丙烯酸酯(PEGDA)-卡波姆水凝胶的生物相容性，证明这种流变改性剂有助于合成生物打印原料，在生物医学工程中具有巨大的应用潜力，基于卡波姆流变改性剂的3D打印方法为生物打印和集成水凝胶设备制造开辟了新的途径。

参考文献：
Z. Chen, D. Zhao, B. Liu, G. Nian, X. Li, J. Yin, S. Qu, W. Yang, 3D Printing of Multifunctional Hydrogels, Advanced Functional Materials 29 (20) (2019) 1900971.

供稿人:陈义 鲁中良
供稿单位：机械制造系统工程国家重点实验室