高分辨率3D打印可拉伸颗粒状凝丝,用于制造具有可调整机械强度的坚固耐用组织幻影
Yifu Chu1, Xiaoyi Lan2, Peineng Zhu1
1Faculty of Agricultural, Life, and Environmental Science, University of Alberta, Edmonton, Alberta, T6G 2P5, Canada.
Small methods
|May 21, 2025
概括
这项研究引入了一种新的3D打印可用的颗粒状水凝,使用小小的乳清蛋白微凝. 这些先进的水凝实现了高分辨率打印和显著的机械强度,用于模拟组织应用.
科学领域:
- 生物材料科学 生物材料科学
- 材料工程 材料工程 材料工程
- 组织工程是组织工程.
背景情况:
- 颗粒状水凝提供3D打印潜力,但由于微凝尺寸大,包装密度低,其分辨率和机械强度受到限制.
- 现有的材料往往难以平衡复杂应用所需的可打印性和强大的机械性能.
研究的目的:
- 开发一种具有增强印刷分辨率和机械性能的新型颗粒状水凝.
- 创建可控制大小的乳清蛋白微凝 (WMGH) 用于高保真度3D打印.
- 为组织仿真设计具有可调的机械性能的双网络水凝 (DN-WMGH).
主要方法:
- 利用蛋白质-多糖分离分离相分离来产生统一的,可大小控制的乳清蛋白微凝 (1,6,20微米).
- 优化打印参数 (速度,压力) 以实现高分辨率 (200微米) 的3D打印,使用25G喷嘴使用最小的油墨扩散 (≈5%).
- 整合了多烯胺 (PAM) 的第二个网络,以形成强大的双网络水凝 (DN-WMGH),显著提高了性和耐用性.
主要成果:
- 实现了复杂结构的高分辨率3D打印,如人类耳朵和大动脉门模型.
- 开发了DN-WMGH,其性增加了36倍 (1.45 MJ m-3),超过了纯 PAM 水凝.
- 已证明可调节的机械强度 (6-300 kPa) 和优良的耐久性,在100%的应变下100个拉力循环后完全恢复.
- 成功复制了各种人体组织的机械特性,从大脑 (<10 kPa) 到肠道 (≈300 kPa).
结论:
- 开发的WMGH和DN-WMGH提供了一个多功能平台,用于高分辨率3D打印坚固的,模仿组织的材料.
- 控制微凝尺寸是定制水凝机械性能和打印能力的关键策略.
- 这些先进的水凝对外科培训,植入式设备和药物输送系统的应用具有重大前景.
