超级水凝胶即将问世~可用于3D打印人类组织替代品

在医疗技术、软机器人和药物传递系统方面，水凝胶往往能够带来更多的创新。研究人员每天都在发现新的技术、混合物和化学过程。对于不熟悉水凝胶的读者，小编先来科普一下。水凝胶是一种以水为分散介质的高分子网络体系，柔软湿润并具备生物相容性，可以保持一定的结构和形状。人工合成水凝胶在自然条件下通常比较脆弱，不过这一情况似乎将得到改变。

在Journal of Advanced Materials一份新的研究报告中，研究人员声称发现了一种新方法能够制造更加强韧结实的水凝胶，同时使其在结构上能够将细胞封装在内。
如果事情属实，这将是一大突破。因为变得更加强韧结实，水凝胶的应用领域必然更加广泛。最重要的是，这些材料能够用于3D打印，制作非常精细的生物产品。这类水凝胶能够为制作软机器人制动器，药物缓释剂和3D打印人造软骨提供更好地解决方案。而最有趣的则是利用这些材料来3D打印关节、鼻子和耳软骨等人体组织的替代
品。

“这是真正的材料创新，一种新的3D打印用油墨，由具有生物相容性的强力水凝胶制成。”MIT机械工程学副教授Xuanhe Zhao解释说，“具体来说，它是由两种不同生物高聚物制成的复合材料。这两种材料每种单独看来都十分脆弱，不过一旦相互结合，它们就会变得非常坚韧和结实，就如同钢筋混凝土。”

这些水凝胶与人肋软骨性质相似，但性能却远优于后者。举例来说，它们能够被3D打印成如金字塔，扭曲的捆绑形，多层网格，空心立方体等多种形状，甚至是人类鼻子、耳朵和关节软骨的形状。一个3D打印的金字塔形水凝胶能够被压缩99%的体积，不过一旦解除，还能迅速轻易恢复成原来的形状。同时，这种有粘性的材料很容易被改良，以便能够在3D打印机上使用，还能被拉伸为原来5倍的体积。它还有比真正人肋软骨更高的强度，这意味着作为替代品，它能够在承受磨损和撕扯方面做得更好。

除了不能够用作3D打印，以前的水凝胶也需要使用特殊的化学品来获得强度和弹性。这意味着几乎不可能将活细胞封装进它的内部，因为化学品会很快将后者杀死。

而新型的水凝胶能够填充各种细胞而不对其造成任何伤害。这就为未来的医疗应用带来了多种可能性。

组成这种3D打印材料的其中一种聚合物能够提供超强的弹性，另一种聚合物则可以即使消耗能量，使得其在变形时不至于像普通的脆性水凝胶那样裂开。这两种聚合物还被加入了具有生物相容性的“纳米粘土”，使得研究人员和科学家能够精确控制该水凝胶从3D打印机喷头的流出。

目前，研究人员们正在努力完善这种材料的3D打印方法。当前的3D打印机已经能够使用该材料以500微米的精度打印3D对象，不过在技术的不断进步下，相信这一数值会很快提高。
via 3dprint