杜克大学开发出无溶剂DLP用树脂材料，打印的植入物可实现生物降解

2024年10月29日，南极熊获悉，来自杜克大学普拉特工程学院的研究人员开发出一种可直接用于商业数字光处理（DLP）3D 打印机而无需溶剂稀释的树脂聚合物。使用DLP打印技术面临的一个主要挑战是树脂需要低粘度，几乎像水一样，才能实现高分辨率成形。许多原本可用于 DLP 打印的聚合物都是固体或太粘稠——需要用溶剂将它们稀释到适当的稠度。然而，添加这些溶剂也会导致严重的缺陷，例如由于部件收缩（高达 30%）以及溶剂蒸发时产生的残余应力，打印后尺寸精度较差。

在《应用化学国际版》发表的一篇题为“Synthesis and SolventFree DLP 3D Printing of Degradable Poly(Allyl Glycidyl Ether Succinate)”论文中，杜克大学的研究人员发明了一种用于DLP打印的新型无溶剂聚合物。除了消除收缩问题外，溶剂的缺乏还导致部件的机械性能得到改善，同时保持在体内降解的能力。

论文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202414016

在杜克大学 Hugo L. Blomquist 杰出化学教授 Matthew Becker 实验室工作的 MEMS 博士生 Maddiy Segal 说道：“我希望为 DLP 创建一种固有的薄而低粘度的材料，用于可降解医疗设备。经过多次尝试，我最终找到了最佳单体和合成技术，以创建一种无溶剂聚合物，无需稀释即可在 DLP 打印机中使用。”

△杜克大学的创新合作实验室。

作为首批可用于 DLP 打印的无溶剂树脂之一，Segal 对测试用它制成的部件的性能很感兴趣。研究发现测试部件根本没有收缩或变形，而且总体上也比用溶剂制成的部件更坚固、更耐用。根据她的研究结果，这是首次通过消除 DLP 3D 打印可降解聚合物中的溶剂使用来提高机械性能的经验证明之一。

为了制造出新的聚合物，Segal分析了贝克尔实验室和其他实验室开发的现有树脂的结构和特性，并逐步通过经验方法修改了单体和链长，以获得所需的低粘度聚合物。她基本上采用了“猜测和检查”的方法——调整聚合物的单体或“配方”，直到找到有效的组合。

这个过程与做饭并不完全不同。它涉及混合特定组合的成分，加热它们，然后测试结果，直到达到预期的结果。总的来说，西格尔尝试了大约 60 种不同的组合，才最终做出她所希望的产品。

Segal说：“除了制造一种不会收缩且更坚固的材料外，我还希望它能用于医疗应用。我正在尝试制造既具有生物相容性又可降解的原型设备。消除生产过程中的有毒溶剂将有助于我做到这一点。”

她这项研究的最终目标是将这项技术应用于可生物降解的医疗植入物。目前用于制造临时医疗植入物的一些材料不可降解，不仅植入需要多次手术，取出也需要多次手术。Segal旨在通过她的研究开发可通过人体自然过程降解的植入物。

用这种材料制成的设备可以植入人体，并设计成随着时间的推移自然降解——无需进行额外的手术来移除设备。它还可以用作骨粘合剂，​​暂时将骨折固定在一起，或者用于软机器人应用，这些应用需要柔软、可降解的材料。

Segal说：“正是这种材料让这一特殊应用成为我工作的首要目标。实际上，这项技术可以用于任何类型的植入物，只要你想在一段时间后降解，而不是永远留在那里。”

这项研究得到了美国国立卫生研究院 (1R01HL159954-01) 的支持。杜克大学已提交了一份涵盖该技术的临时专利申请 (申请号 #63544353)。