明胶/藻酸盐水凝胶的可3D打印性和氯化钙的后处理

据了解，爱荷华州立大学的研究人员正在研究生物印刷的详细过程，并在最近发表的“ 使用基于挤压的3D打印的水凝胶复合材料的可印刷性和氯化钙的后处理 ”中概述了他们的发现，在这项研究中，作者分析了明胶-藻酸盐水凝胶在3D打印中的进一步潜力，将后处理与氯化钙溶液相结合以使零件表面光滑并增加凝胶强度。

尽管3D打印和增材制造工艺在当今的许多行业中都产生了重要影响，但许多人希望这项技术为丸剂制造和创新形式的药物输送系统打开新的大门。好处无可否认，为制造商提供了以剂量，结构等为每个患者量身定制的药物形式，继续促进针对患者的治疗的能力。

藻酸盐是一种在褐藻细胞壁中发现的多糖，以前在与3D打印相关的众多研究中得到了强调，因为研究人员已将通用材料与纤维素纳米晶体，氧化石墨烯和其他替代制造系统结合在一起。由于其亲水性，海藻酸钠也具有生物相容性，因此对当今的生物打印研究人员很有用。尽管明胶在3D打印应用中可能无法单独使用，但当与水凝胶复合材料结合使用时，两种材料在粘度，弹性和热品质方面会彼此提高。

在研究期间，创建了具有三种不同比例（明胶和藻酸盐粉末）（1：4、1：1和4：1（w / w））的实验水凝胶。

为了确定材料的可印刷性，进行了两次流变测试。进行流动斜率测试以评估在0.1至30.0 1 / s的增加的剪切速率下的表观粘度。为了表征材料的动态模量，振荡频率扫描测试是在0.1的小应变下进行的，在整个测试过程中其频率从0.1 rad / s增加到1000 rad / s。”研究人员解释说。

在为聚合物提供一整天的水合时间后，将用于研究的样品印刷在Velleman K8200 3D打印机上。每个对象由12层组成，并用注射器打印，喷嘴直径为0.636mm。

基于挤压的3D打印机的模型（a）和基于挤压的3D 打印机示意图（b）。

研究人员解释说：“这种剪切稀化行为表明，在3D打印过程中出现剪切应力时，材料将更容易流动，并且粘度降低。” “这可能是由于分子网络在剪切应力作用下被破坏了。由于这种特性，一旦施加了高于屈服应力的应力，这些材料就可以通过基于挤压的打印机进行3D打印。”

作者不建议单独使用明胶或藻酸盐，因为明胶太脆，藻酸盐的流动性太强，无法单独维持稳定的结构。

用含5％固体的明胶和藻酸盐比例（G / A）：1：4、1：1和4：1的固体含量为5％的明胶-藻酸盐水凝胶制成的3D打印几何图形的代表性图像。（a）列上的图像显示了仅用长方体形状的明胶-藻酸盐水凝胶进行3D打印的对象。与列（b）对齐的图像显示了后处理过程中的3D打印对象，方法是使用滴管将0.1M CaCl2溶液施加到表面上。

浸泡在0.1M氯化钙（CaCl2）中后3D打印结构的代表性图像，浸泡时间分别为10、20、30和60分钟

浸入CaCl2溶液后，复合材料的表面光滑度显着提高。

根据流变特性和3D打印结果，我们可以得出结论，明胶和藻酸盐的最佳比例为1：1。另外，在氯化钙溶液中浸泡时间不同的后处理表明，浸泡时间越长，凝胶越结实。研究人员总结说：“但是，应该做进一步的测试以确定浸泡时间对凝胶强度的影响。” “这项研究的最重要发现是，通过将3D打印的几何形状浸泡在氯化钙溶液中，可以显着改善凝胶强度和表面光滑度。下一步要解决的问题是在后处理过程中改善形状保持力。”

编译：3dprint