加州大教《AFM》具有同量身分和功效的 3D 水凝胶的流体渗入渗出组拆
【科研择要】
3D 水凝胶是壮大的多功效质料，有望成为下一代体系的构建模块。打印庞大 3D 水凝胶的当代方案正在敏捷进展；然而，它们具有一些范围性，包罗但不限于聚合物不相容性或难以在构成或功效上给予一连的异质性。
近来，加州大学Peter Tseng传授团队提出了一种在 3D 中合成具有可调情势和功效的可编程水凝胶体系的简洁计谋。这种要领使用市售的立体印刷机/树脂来制造高辨别率模具，然后对水凝胶预聚物举行步伐渗入渗出和凝胶化。然后捐躯该模具以孕育发生具有效户界说异质性的 3D 多功效水凝胶。该要领与浩繁原位凝胶聚合物和改性剂兼容，从有机或合成聚合物的互穿网络到具有高浓度纳米质料或荧光标志的功效质料。这种要领易于利用且用途遍及，可以制造庞大的多质料布局，具有可调治的 3D 情况相应，这是美满的水凝胶 3D 打印要领无法实现的。相干论文以题为Fluidic Infiltrative Assembly of 3D Hydrogel with Heterogeneous Composition and Function颁发在《Advanced Functional Materials》上。
【主图导读】
图1 3D 水凝胶的流体渗入渗出组装。a,b) 渗入渗出组装历程的普通表示图和相应的图像。在利用选定的水凝胶前体举行流体渗入渗出之前，对捐躯的流体模具举行 3D 打印和后处置惩罚。模具以凝胶依靠性方法溶解，所得凝胶留在 DI 中以规复。c) 线宽在 100-500 µm 之间的模具压痕和相应的水凝胶突起。d,e) 带有 500 µm 脊的水凝胶甜甜圈和脊的特写。f,i,l) 方形金字塔模具表示图和由此孕育发生的 PAAm 水凝胶蒙受压力。g,j,m) 立方模具表示图和表现出热敏性的 PNIPAAm 水凝胶。h,k,n) 球形模具表示图和与 FeCl3二次交联后孕育发生的彩色 Ca-ALG 水凝胶。除非尚有阐明，全部比例尺均为 3 mm。
图2 水凝胶身分的可编程流体编码。ai-di) 研究中表征的四种渗入渗出要领的表示图。aii-dii) 分别对应于具有差别入口流速、渗入渗出体积和扩散时间的四种渗入渗出要领的图像。aiii-diiv) 3D 水凝胶样品表示图，展示了渗入渗出要领和相应的水凝胶。展示的凝胶分别被称为 3 层蛇纹石、UCI、鱼和毛细管）e,f）微流体开导的混淆器模具表示图以及来自操纵和混淆布局的水凝胶。g,h) 颗粒分散器模具表示图和由此孕育发生的水凝胶体现出坚固的微粒尖针阵列。除非尚有阐明，全部比例尺均为 3 mm。
图3 具有可编程举动异质性的水凝胶。a) 应力与应变图，表现了在袒露于水凝胶特定溶解方案之前和之后水凝胶拉伸举动的差别（n = 4）。b) 在担当设定的 HFIP 袒露时间后，PNIPAAm 紧缩以相应更高的温度。因为温度引起的更大的失水百分比与溶剂袒露的增添有关（n = 3）。c) PAAm 水凝胶在袒露于其溶解方案之前和之后的透亮度 (n = 3)。di-p) 具有可交换入口的棒状流体模具表示图，用于在刚度、质料身分、改性剂浓度和化学身分方面孕育发生梯度。e-h) 在迟钝和快速凝胶化速率下对水凝胶梯度举行量化。
图4 具有可编程情势和 3D 功效的水凝胶的浸润组装。a) 部门折叠桌模表示图以及由此孕育发生的带有两个软桌腿的操纵和梯度水凝胶。展示了对独立式水凝胶质料特性的轻松操纵。bi–biii) Octet-truss 晶格模具和由此孕育发生的互穿网络水凝胶。ci-ciii) 热花模具表示图和由此孕育发生的具有温度相应函数梯度的荧光双层水凝胶。di–diii) 鸡蛋表示图和由此孕育发生的水凝胶，其焦点“蛋黄”是金纳米粒子。通过鞘流驱动，这可以通过用户界说的模具中的工程流程和功效快速轻松地合成 3D 封装功效。绿色激光照耀下鸡蛋的高外貌温度评释鸡蛋的中间 GNP 发出的高内部温度。除非尚有阐明，全部比例尺均为 5 mm。
【总结】
捐躯水凝胶模板与此处先容的和谐注射成型计谋相联合，可以轻松合成奇特的、柔软的多水凝胶布局，并在捐躯水凝胶成型范畴提供了该范畴开始进技能的明显前进。这些合成架构具有：1）相对高辨别率、高纵横比的光束和精致的曲线外貌；2) 在微米长度标准上设计的梯度身分精致操纵质料；3) 奇特的异质布局，通过直接编程微流体流驱动，由质料形成历程中引起的混淆、鞘和颗粒分散流驱动。这种通用要领应该与任何基于 SLA 的 3D 打印机直接兼容，从而可以或许依据打印机的辨别率制造具有纳米级特性的架构。该要领在立体光刻、微流体和水组装质料之间绘制了一条直接的技能线索——每个范畴都有本身的庞大范畴。团队信赖该要领可以整合这些范畴中的每一个范畴的技能前进，以实现具有靠近或凌驾天然对应物的特性的下一代异质质料体系。
参考文献：
doi.org/10.1002/adfm.202103288
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