用于3D打印的新型通用载体墨水

 
新的载体墨水可用于生产个性化的植入物，例如心脏瓣膜。图片来源：Guzzi等。 2020年ETH的研究人员从纤维素纤维和可生物降解的纳米颗粒生产出一种凝胶，当将其压过3-D打印机的喷嘴时会液化，但随后很快恢复其原始形状。他们的发明为个性化生物材料植入物铺平了道路。
就像医学看到精密医学的趋势一样(在这种医学中，治疗是针对患者的基因组成而定制的)，近年来，材料科学家越来越多地将注意力转向精密生物材料。但是，就目前情况而言，个性化植入物还有很长的路要走。苏黎世联邦理工学院机械与过程工程系大分子工程教授Mark Tibbitt说：“但是目前，我们正在朝着这个目标取得巨大进步，并且在此过程中学到了很多东西。”
牙膏问题
以前，精密生物材料领域的研究人员因必须为每种应用为3-D打印机开发新的[A1]墨水而受阻。蒂比特解释说：“例如，如果有人想复制眼睛的一部分，他们就不能利用那些设计耳廓假肢的人的工作。”但是现在，他和他的团队发明了一种通用载体墨水，正如研究人员在论文中所写的那样，它“大大简化了”新应用程序的开发。
从根本上讲，3D打印需要解决一个难题，该难题被随意地称为“牙膏问题”：一方面，牙膏不应太粘稠，因为这样会使挤塞管的狭窄开口变得困难。另一方面，它不能流动太多，因为它会立即从牙刷上滴下来。类似地，在3D打印中，载体墨水需要能够液化以流经打印喷嘴，然后固化，以使打印的结构不会立即失去其形状。
暂态网络
这就是Tibbitt团队开发的通用载体墨水可以提供帮助的地方。它由溶解在水中的纤维素纤维和可生物降解的聚合物纳米粒子组成。当没有施加外部压力时，纤维将自身附着到颗粒上。这会创建一个瞬态网络，当在打印机喷嘴中受到高剪切力时，该瞬态网络可能会被破坏，但在穿过狭窄的开口后会迅速恢复。
在进一步的实验中，蒂比特及其研究人员在其新的载体墨水中添加了不同的聚合物(例如透明质酸，明胶，胶原蛋白或纤维蛋白原)。这些辅助聚合物不会改变墨水通过打印机喷嘴头的流动行为，但使研究人员能够在第二个后续步骤中固化瞬态网络以形成打印结构。
新型药物管理系统
蒂比特(Tebbitt)的团队还测试了活细胞在载体墨水中的行为，发现在墨水中存活的细胞数量与在外面的细胞相同。基于可以将疏水性物质引入纳米颗粒中，并且可以将亲水性物质与纤维素纤维一起添加至水相这一事实，研究人员证明，它们的墨水也适合开发新型药物输送系统。由于其适用于广泛的应用，因此称其“用于3D打印的墨水载体”为“通用”肯定不是夸大其词。