《Science》正刊：光固化3D打印“心脏创可贴”问世，可修复受损心脏

2024年8月3日，南极熊获悉，来自科罗拉多大学博尔德分校 (CU Boulder) 和宾夕法尼亚大学的研究小组率先开发出一种 3D 打印水凝胶材料工艺，这种材料既有弹性，又有粘性，而且有回弹性，可用于打印内部绷带以修复受损的心脏组织、软骨补片或无针缝合线。

这项研究最近以题为“Additive manufacturing of highlyentangled polymer networks/高度交联聚合物网络的增材制造”的论文发表在《科学》顶级期刊上。

相关论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adn6925

这篇研究论文的资深作者、科罗拉多大学博尔德分校化学与生物工程学教授 JasonBurdick 谈到这项研究时说：“心脏和软骨组织相似，它们的自我修复能力非常有限。一旦受损，就无法挽回。通过开发新的、更有弹性的材料来增强修复过程，我们可以对患者产生重大影响。”

有趣的是，这个创新项目的灵感来自一个有点出乎意料的地方：蠕虫，它们的身体可以结合在一起，变成一个既具有固体又具有液体性质的缠绕团块。在科学界，这被称为“蠕虫团”。这一概念通过在 3D 打印材料中集成相互缠绕的分子链或交联来实现。

△图片来源：科罗拉多大学博尔德分校

这种弹性创可贴状材料的制作得益于研究团队开发的一种特殊 3D 打印工艺。该工艺称为 CLEAR（通过氧化还原引发辅助的光照后连续固化），实际上可以控制打印过程中材料分子的交联。这是通过结合使用“明暗聚合”来实现的。正如研究人员所写：“这种可推广的方法在室温下即可实现高单体转化率，无需额外的刺激，例如打印后的光线或热量，并且能够通过增材制造生产高度纠缠的水凝胶和弹性体，与传统的 DLP 相比，其延伸能量高出四到七倍。”

研究人员已为这项技术申请了临时专利，它不仅成功打印出比标准 DLP 机器打印的部件更柔韧、更坚韧的材料，而且还具有粘性，可以粘在组织上。Burdick 实验室的研究员 Matt Davidson 表示，这种能力尚属首次：“我们现在可以 3D 打印出强度足以支撑组织的粘合材料。我们以前从未做到这一点。”

△ CLEAR技术打印的多种弹性形状

研究的下一步将是研究这些 3D 打印材料如何与有机组织相互作用，研究人员希望将来他们的创新解决方案将用于帮助治疗患有心脏缺陷的患者，通过将药物直接输送到器官或软骨来支持组织再生等。

这种 3D 打印工艺的应用还可用于其他领域，如研发和制造。据科罗拉多大学博尔德分校团队称，其他研究团队和工业终端用户会对 CLEAR 工艺感兴趣，因为它不需要额外的能量来固化部件。第一作者 AbhishekDhand （Burdick 实验室的研究员和宾夕法尼亚大学的博士生）解释说：“这是一种简单的 3D 处理方法，人们最终可以在自己的学术实验室以及工业中使用它来改善材料的机械性能，以用于各种应用。它解决了 3D 打印的一个大问题。”