400-823-0080
info@biofabrication.cn     
当前位置: 主页 > 动态资讯 > 学术动态 > 数字光处理3D打印坚韧的超分子水凝胶

数字光处理3D打印坚韧的超分子水凝胶

学术动态    2023-01-05 09:49

DOI: 10.1002/adma.202204333

 

将坚韧的水凝胶加工成复杂的结构对于它们作为结构元件的应用至关重要。然而,由于低速凝胶化和增韧过程,坚韧水凝胶的数字光处理 (DLP) 打印具有挑战性。本研究描述的是一个简单而通用的系统,适用于 DLP 打印以形成坚韧的水凝胶结构。水性前驱体由商业光引发剂、丙烯酸和锆离子 (Zr4+) 组成,由于原位形成羧基-Zr4+ 配位配合物,在数码光下很容易形成坚韧的金属超分子水凝胶。印刷凝胶的高刚度和抗膨胀特性使高效印刷能够形成高保真结构。此外,凝胶的膨胀诱导变形也是通过在打印过程中用灰度数字光编码结构梯度来实现的。由于局部 pH 值的变化和配位络合物的重排,在水中孵育后,印刷水凝胶的机械性能得到进一步改善。膨胀增强的刚度使打印的水凝胶在手动变形后具有形状固定能力,从而为形成更复杂的配置提供了额外的途径。这些印刷的水凝胶用于设计冲击吸收元件或高灵敏度压力传感器作为概念验证示例。这项工作应该值得对其他坚韧的凝胶进行工程设计,并扩大其在不同领域的应用范围。

 

图 1. (a) 基于 DLP 的坚韧超分子水凝胶 3D 打印示意图,通过原位形成羧基-Zr4+配位络合物作为凝胶基质的物理交联。(b,c)开尔文细胞(b)和立方晶格(c)的印刷水凝胶结构的照片。

 

图 2.(a,b) 不同单体进料浓度 Cm 的印刷凝胶 (PAAc-Cm-0.2) 的拉伸应力-应变曲线 (a) 和相应的力学性能 (b)。(c) 打印的 PAAc-Cm-0.2 凝胶的长度 S 的溶胀比随原始前体溶液中孵育时间的变化而变化。(d,e) 不同 Zr4+ 离子、CZr4+ 进料浓度的印刷边缘 (PAAc-5-CZr4+) 的拉伸应力-应变曲线 (d) 和相应的力学性能 (e)。(f) 打印的 PAAc-5-CZr4+凝胶作为前驱体溶液中孵育时间的函数的变化。(g) 印刷向日葵状水凝胶的照片。(h) 能够承受 50 克重量的印刷水凝胶晶格的照片。(i) 打印的花瓶状水凝胶的顶视图和底视图照片。(j) 打印的带有微流体通道的坚果状水凝胶的照片,通过注入墨水溶液来体现。

 

图 3.(a) 打印凝胶的长度溶胀比 S,作为前体溶液中孵育时间的函数。凝胶 (PAAc-5-0.2) 以相同的曝光时间 (50 秒) 打印,但有 15 个不同的灰度(从 每层 0% 到 40%)。 (b,c) G0 和 G40 凝胶在前体溶液中孵育不同时间后的拉伸应力-应变曲线 (b) 和相应的杨氏模量 (c)。误差棒代表平均值的标准偏差 (n = 3) .(d)具有不同灰度的投影图案和在前体溶液中孵育后具有平面内梯度的印刷水凝胶晶格的负膨胀。(e-l)膨胀诱导的平面内(e-k)和全厚度印刷平面水凝胶的形状变形 (l) 梯度形成 3D 配置。

 

图 4.(a,b) 打印凝胶 (PAAc-5-0.2) 在水中孵育不同时间后的拉伸应力-应变曲线 (a) 和相应的杨氏模量和收缩率 (b)。(c) 打印凝胶在冷水 (25 °C) 和热水 (100 °C) 中孵育不同时间后的形状固定率 Rf 和形状恢复率 Rr。说明打印凝胶的形状固定和形状恢复的程序。误差线表示平均值的标准偏差 (n = 3)。(d,e)通过 2D 到 3D 变形和随后在水中的形状固定实现的打印凝胶的 3D 配置。打印的水凝胶片的厚度为 1 毫米。(f,g)通过 3D 到 3D 获得的打印凝胶构造的复杂 3D 配置 3D 变形,然后在水中进行形状固定。

关注官方社交平台
400-823-0080
周一到周日 9:00-21:00
友情链接: 易丝帮 |Ucalery |
版权所有 © 北京永康乐业公司     京ICP备13046089号-4