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研究人员开发了一种3D打印凝胶和其他软材料的新方法

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国家标准与技术研究所(NIST)的研究人员开发了一种3D打印凝胶和其他软材料的新方法 。发表在一篇新论文中，它有可能创造出纳米精度的复杂结构 。由于许多凝胶与活细胞兼容，这种新方法可以快速开始生产柔软的微型医疗设备，如药物输送系统或可插入人体的柔性电极 。
【研究人员开发了一种3D打印凝胶和其他软材料的新方法】的标准3D打印机通过创建薄的材料片(通常是塑料或橡胶)并一层一层地构建它们(例如，千层面)直到整个对象被创建出来，来制造实体结构 。
NIST研究员Andrei Kolmakov表示，使用3D打印机制造凝胶制成的物体“更像是一个精细的烹饪过程” 。在标准方法中，3D打印机腔室充满了溶解在水中的长链聚合物汤(长链分子结合在一起) 。然后加入“香水”——对光敏感的特殊分子 。当3D打印机发出的光激活这些特殊分子时，它们将聚合物链缝合在一起，从而形成蓬松的网络结构 。这个仍然被液态水包围的支架是凝胶 。
一般来说，现代3D凝胶打印机已经使用紫外或可见激光来开始凝胶支架的形成 。然而，Kolmakov和他的同事专注于另一种3D打印技术，该技术使用电子束或X射线来制作凝胶 。由于这些类型的辐射比紫外线和可见光具有更高的能量或更短的波长，因此这些光束可以更紧密地聚焦，从而可以产生具有更精细结构细节的凝胶 。这些细节正是组织工程和许多其他医学和生物学应用所需要的 。电子X射线提供了第二个优势:它们不需要一组特殊的分子来启动凝胶的形成 。
然而，目前这种紧密聚焦的短波辐射源(扫描电子显微镜和X射线显微镜)只能在true 空下运行 。这是一个问题，因为在true 空中，每个腔室中的液体会蒸发而不是形成凝胶 。
Markoff和他在意大利NIST和Elettra Sincrotrone Trieste的同事解决了这个问题，并通过在true 空和液体室之间放置超薄隔离层(氮化硅片)演示了液体中的3D凝胶打印 。薄板可以防止液体蒸发(这通常发生在true 空)，但允许X射线和电子穿透到液体中 。这种方法使该团队能够使用3D打印方法来创建结构小到100纳米(nm)的凝胶——比人的头发细约1000倍 。通过改进他们的方法，研究人员希望打印出50纳米的结构，这是一个小病毒的大小 。
通过这种方法制造的一些未来结构可能包括用于监测大脑活动的柔性可注射电极、用于病毒检测的生物传感器、软微型机器人以及可以模拟活细胞并与之互动并为其生长提供培养基的结构 。
科尔马科夫说，“我们正在将新工具(在液体中工作的电子束和X射线)引入3D打印的软材料 。”他和他的合作者在9月16日在线发表在ACS Nano上的一篇文章中描述了他们的工作 。

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