3D打印“聪明”的心血管支架!南科大团队最新研究成果登上《科学》子刊

3D打印科研前沿
2021
01/19
11:23
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来源:创读

读创/深圳商报首席记者 吴吉 通讯员 邓苏

在体温调节下可以自动撑开血管且能缓释药物。这样“聪明”的心血管支架是3D打印的!日前,南方科技大学机械与能源工程系副教授葛锜研究团队与浙江大学教授曲绍兴研究团队合作在《科学》子刊Science Advances发表杂志封面文章,通过数字光处理技术实现水凝胶-高分子复合结构的多材料3D打印,用于多功能柔性结构与器件的快速一体化成型。而这一技术,就可以被应用在新型心血管支架的制备上。

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据悉,将水凝胶与其他高分子材料快速键合形成水凝胶-高分子复合结构,可起到保护、增强水凝胶结构或引入新功能的作用,这在生物医疗、柔性电子等诸多领域有着很大的应用价值。而基于数字光处理的3D打印技术,通过数字化紫外光辐射引发液态光敏树脂局部光聚合,形成固态三维结构,是制造高精度复杂三维结构的理想技术。利用该技术可对各种光敏水凝胶和高分子材料进行快速三维成型。但是,以上技术都存在一些难题有待解决,使得应用面临壁垒。

南科大和浙江大学的联合研究团队合作开发出一种简单而通用的水凝胶-高分子多材料3D打印方法,可使得高拉伸-高含水量丙烯酰胺水凝胶在数字光处理3D打印过程中,能与不同光敏树脂形成强韧的界面结合力。利用葛锜团队自主开发的数字光处理技术多材料3D打印系统,可实现水凝胶-高分子高精度多材料复杂混合三维结构的快速一体化成型。

在Science Advances的文章中,团队通过三个应用案例,论证所提出的新方法可以极大地丰富水凝胶-高分子结构与器件的设计自由度,并实现其功能和性能的进一步提升。比如通过刚度增强微结构设计,可将水凝胶复合材料拉伸模量提高约30倍,压缩模量提高高达700多倍。此外,通过调节微结构局部尺寸,可实现对水凝胶复合材料局部刚度的调控;通过多材料3D打印离子导电水凝胶与光敏弹性体,可以直接通过3D打印将应变传感功能赋予软体驱动器,实现软体机器人的驱动-传感快速一体化成型……

而其中最让人期待的,是通过多材料3D打印技术制备的具有药物缓释功能的水凝胶-形状记忆高分子心血管支架,在体温37℃环境下会自动展开撑开硬化、狭窄的心血管。而在心血管支架上通过3D打印嵌入的水凝胶材料则赋予其药物缓释功能。实验表明,负载药物的水凝胶在经过2分钟、30分钟和1小时后,药物释放量分别为3%、16%和30%,在24小时后可完全释放。

该项研究拓宽了水凝胶-高分子材料复合结构成型方法和能力,在开发新型多功能软体器件方面具有较大应用潜力。



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