Science最新：3D打印有机硅弹性体，制造出高性能生物结构

2023年3月25日

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有机硅弹性体对热、化学试剂、风化、臭氧、湿气和紫外线辐射等环境极为耐受，因此被广泛用于制造电子设备、汽车、飞机和医疗设备等领域相关产品。有机硅弹性体在医疗设备中使用多年，其应用包括嵌入式传感器、柔性电子设备、软机器人等。

有机硅结构可以通过使用传统技术（如模塑）或先进技术如软光刻和3D打印制造。然而，由于液态有机硅预弹性体的界面行为带来的挑战， 3D打印的有机硅通常质量不佳。这些挑战可以通过使用嵌入支撑材料来部分解决，该材料在平移打印喷嘴周围流动，同时将沉积的墨水捕获在空间中，从而为打印结构提供稳定性。然而，即使在这样的稳定条件下，打印油墨与其支撑介质之间的界面张力也会在打印结构固化之前导致其变形和破裂。用添加剂改性有机硅墨水可以使3D打印结构保持稳定，但使用未改性的有机硅油墨进行3D打印仍未得到研究。在不修改油墨的情况下实现高质量有机硅3D打印的一种途径是通过使用化学性质与其稳定油墨相似的支撑材料来消除界面张力的破坏作用。因此，迫切需要开发化学性质类似于聚（二甲基硅氧烷）(PDMS) 油墨的支撑材料。

来自佛罗里达大学的研究人员开发了一种可3D打印精确、复杂精细结构PDMS有机硅弹性体的方法，其利用了在与有机硅油墨接触时具有不明显界面张力的支撑材料。研究人员将该方法称为超低界面张力增材制造 (AMULIT)，支撑材料是一种填充的反相乳液，由硅油连续体中的液滴组成。相关研究成果于3月23日发表于Science杂志。

研究人员发现，支撑材料和墨水之间的超低界面张力能够打印直径小至 8μm的特征，通过调整这种支撑材料的弹性和流动特性实现了高性能打印，能够制造如脑动脉瘤模型和功能性三叶心脏瓣膜这样的复杂结构。3D打印技术参考注意到，该团队3D打印出的心脏瓣膜模型的功能表明这种结构可能具有足够的柔顺性和耐用性。