3D打印的前沿：化学品中的化学物质和体内的打印组织

加州大学戴维斯分校的工程师们已经开发出一种3D打印的新方法，可以打印出微调的柔性材料。通过使用基于液滴的多相微流控系统，该团队能够高效地打印在软机器人、组织工程和可穿戴技术中具有潜在应用的材料。这项研究发表在6月15日的“美国国家科学院院刊”上。

在传统的基于挤压的3D打印机中，打印材料被推过喷嘴并重复添加到结构中，直到产品完成。虽然这是高效和经济的，但它使得打印由多种材料制成的结构变得困难，并且获得适量的柔软度可能是具有挑战性的。

加州大学戴维斯分校(UC Davis)化学工程助理教授万建迪(音译)注意到，这种喷嘴与他的实验室研究的玻璃毛细管微流控装置相似。这些设备在彼此内部放置了多个喷嘴。

“大多数基于挤压的3D打印机使用非常简单的喷嘴，既然我们已经开发了这些玻璃微流体，我们就想，‘为什么不把它应用于3D打印呢？’”万说。

加州大学戴维斯分校(UC Davis)研究生Hing Jii Mea和罗切斯特大学(University Of Rochester)的路易斯·德尔加迪罗(Luis Delgadillo)开发了一种设备，使用多相滴灌系统将含有聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)的水基溶液的液滴封装在一种名为聚二甲基硅氧烷(PDMS)的常见硅基有机聚合物中。PDMS绕着滴头流动，滴头产生PEGDA的微小液滴，当两种材料流动到正在打印的结构上时，PDMS均匀地插入PDMS。

由此产生的结构看起来就像一个吃豆人迷宫，周围环绕着PDMS的PEGDA小液滴。一旦PEGDA从液滴中扩散出来，它就会在化学上软化PDMS，使其结构更加灵活。

“你也可以在液滴中封装其他化学物质，使整个基质变得更软或更硬，”万说。

该团队还展示了基于液滴的3D打印可以用于生产灵活的多孔物体，并由封装的聚合物颗粒和金属液滴构成。此外，通过改变液滴大小和流速可以很容易地调整结构柔性。这为研究人员提供了广泛的选择，以真正设计他们的结构，并改变灵活性，以满足他们的需求，这是传统的喷嘴方法难以做到的。

虽然之前已经完成了基于微流体的3D打印，但万的团队是第一个使用这种基于液滴的多相乳液方法的。该团队已经在研究潜在的应用，并了解他们可以使用哪些其他材料组合来改变3D打印产品的机械或化学特性。他们认为这项工作可以应用于生物打印和可穿戴电子产品，比如智能面料。

他说：“我认为这将开辟一个新的研究领域，因为将已建立的微流控技术应用于3D打印代表着一个新的发展方向。”