更高强度的水凝胶具有由本质上发现的成分制成的支撑件:海藻。

来自北卡罗来纳州立大学的3D可打印凝胶潜在于生物医学材料和软机器人中实现新的应用。

在期刊中描述自然通信,水基凝胶 - 称为同种复合水凝胶 - 既强壮又柔韧。3D印刷的果冻由藻酸盐组成 - 在海藻和藻类中发现的化合物,通常用作增稠剂和伤口敷料。

合并相同藻酸盐的不同大小的刻度网络一起消除了有时在水凝胶中合并在一起时可能发生的脆性,奥林瓦尔维夫说,NC州的化学和生物分子教授和本文的通讯作者

根据NC国家研究员,同种复合材料 - 藻酸盐介质内的柔软纤维藻酸盐颗粒 - 真的是两个水凝胶

“一个是颗粒水凝胶,一个是分子水凝胶,”丝绒教授。“合并在一起,它们产生比其部件总和更好的果冻状材料,并且可以精确地调整其特性以通过3D打印机来调整,以便按需制造。”

水性凝胶经常柔软,甚至是脆性的。NC.具有藻酸盐的状态开发的产品加强水凝胶以改善整体机械性能,扩大可能的应用。

“藻酸盐用于伤口敷料,因此这种材料可能用作加强的3D印刷绷带或作为伤口愈合或药物递送的贴剂,”NC状态的化学和分子工程助理教授Lilian Hsiao表示本文的一个合作作者。

Velev表示,未来的工作将尝试微调这种合并的同性化材料以推动用于生物医学应用的3D印刷或生物医学注射材料。

在一个简短的问答yabovip16.com下面,Velev教授更多地解释了一个更强大的水凝胶的可能性。

yabovip16.com:水凝胶的令人兴奋的承诺是什么,你的成就如何推进可能?

奥林威宝教授:水凝块是最基本的水基“柔软物质”之一,应用从生物医学和药品到食品和软机器人的应用。

yabovip16.com:你的水凝胶外观是什么样的?

Velev教授:许多,但不是全部,水凝胶看起来像熟悉的清晰“果冻”,但在许多情况下,它们可以是不透明的糊状材料。水凝胶最重要的特征是它们具有高含水量。它们可以是弹性的,但也是常熟和脆弱的,我们提供一个可能的解决方案的问题。

yabovip16.com:材料制造有多简单?这是一个恰好混合在一起吗?

Velev教授:通常仅通过冷却生物聚合物的热溶液,或用交联剂混合来制备常见的水凝胶。然而,我们的水凝胶需要初步制备一类特殊的“粘性”纤维颗粒,称为软树枝状胶体。他们在我的小组中发现并报告了早期出版物。这些颗粒由与水凝胶相同的致密材料制成,互锁以产生内部钢筋网络。

yabovip16.com:这些水凝胶一旦有一个“内部钢筋网络?”力量如何与标准水凝胶进行比较?

Velev教授:我们的增强水凝胶较大3至5倍年轻的模量和断裂的拉伸强度比“标准”分子水凝胶。这是由于分子网的协同加强与致密的等级网络,从相同的材料(藻酸盐)制成的非常粘合的软树枝状胶体材料。

yabovip16.com:什么激发了使用居民的选择?

Velev教授:藻酸盐是生物医学应用中使用的最常见类型的水凝胶基质之一。它们具有很好的特征,廉价,普遍存在,因此是理想的模型系统。

yabovip16.com:关于调整的一些问题:你如何调整属性?如果说,我希望3D打印绷带对软机器人的增厚吗?它只是你调整的机械性能吗?如果没有,还有什么?

Velev教授:能够大大提高和调整“同种复合”水凝胶的性质是我们工作的核心。通过混合由相同的藻酸盐碱制成的两个水凝胶形成组分来实现,然后组合在一起。分子藻酸盐网络使水凝胶软且透明,而软树枝状胶体网络使其成为坚固和3D可打印的。

yabovip16.com:如何“轻松”(或具有挑战性)是调整材料对不同应用的不同优势?

Velev教授:水凝胶的机械性能的可调性是我们工作的关键科学目标,并且在大多数附图中呈现了凝胶的流变学(非牛顿反应)的数据。基本上,我们可以将材料的粘度或刚度从接近水液中调节到刚性和弹性凝胶。然而,更重要和复杂的任务是设计凝胶,“屈服应力” - 可以像糊状物一样挤出,但是一旦它们从打印机喷嘴中出来就会保持其形状。这通过添加软树枝状胶体来实现。此外,我们还可以控制挤出的凝胶速度的速度迅速,以产生坚固和弹性的材料。

yabovip16.com:您以这种更强大的水凝胶设想了哪些具体应用?对此工作最令人兴奋的是什么?

Velev教授:我们认为最激动人心的方面是能够设计新的软件,改善和非常受控制的性能。然而,它在生物医学处理中具有许多应用,药物(例如可注射凝胶),软机械手术致动器,甚至食品。

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