明膠/藻酸鹽水凝膠的可3D打印性和氯化鈣的后處理

據(jù)了解，愛荷華州立大學(xué)的研究人員正在研究生物印刷的詳細(xì)過程，并在最近發(fā)表的“ 使用基于擠壓的3D打印的水凝膠復(fù)合材料的可印刷性和氯化鈣的后處理 ”中概述了他們的發(fā)現(xiàn)，在這項(xiàng)研究中，作者分析了明膠-藻酸鹽水凝膠在3D打印中的進(jìn)一步潛力，將后處理與氯化鈣溶液相結(jié)合以使零件表面光滑并增加凝膠強(qiáng)度。

盡管3D打印和增材制造工藝在當(dāng)今的許多行業(yè)中都產(chǎn)生了重要影響，但許多人希望這項(xiàng)技術(shù)為丸劑制造和創(chuàng)新形式的藥物輸送系統(tǒng)打開新的大門。好處無可否認(rèn)，為制造商提供了以劑量，結(jié)構(gòu)等為每個(gè)患者量身定制的藥物形式，繼續(xù)促進(jìn)針對(duì)患者的治療的能力。

藻酸鹽是一種在褐藻細(xì)胞壁中發(fā)現(xiàn)的多糖，以前在與3D打印相關(guān)的眾多研究中得到了強(qiáng)調(diào)，因?yàn)檠芯咳藛T已將通用材料與纖維素納米晶體，氧化石墨烯和其他替代制造系統(tǒng)結(jié)合在一起。由于其親水性，海藻酸鈉也具有生物相容性，因此對(duì)當(dāng)今的生物打印研究人員很有用。盡管明膠在3D打印應(yīng)用中可能無法單獨(dú)使用，但當(dāng)與水凝膠復(fù)合材料結(jié)合使用時(shí)，兩種材料在粘度，彈性和熱品質(zhì)方面會(huì)彼此提高。

在研究期間，創(chuàng)建了具有三種不同比例（明膠和藻酸鹽粉末）（1：4、1：1和4：1（w / w））的實(shí)驗(yàn)水凝膠。

為了確定材料的可印刷性，進(jìn)行了兩次流變測試。進(jìn)行流動(dòng)斜率測試以評(píng)估在0.1至30.0 1 / s的增加的剪切速率下的表觀粘度。為了表征材料的動(dòng)態(tài)模量，振蕩頻率掃描測試是在0.1的小應(yīng)變下進(jìn)行的，在整個(gè)測試過程中其頻率從0.1 rad / s增加到1000 rad / s?！毖芯咳藛T解釋說。

在為聚合物提供一整天的水合時(shí)間后，將用于研究的樣品印刷在Velleman K8200 3D打印機(jī)上。每個(gè)對(duì)象由12層組成，并用注射器打印，噴嘴直徑為0.636mm。

基于擠壓的3D打印機(jī)的模型（a）和基于擠壓的3D 打印機(jī)示意圖（b）。

研究人員解釋說：“這種剪切稀化行為表明，在3D打印過程中出現(xiàn)剪切應(yīng)力時(shí)，材料將更容易流動(dòng)，并且粘度降低。” “這可能是由于分子網(wǎng)絡(luò)在剪切應(yīng)力作用下被破壞了。由于這種特性，一旦施加了高于屈服應(yīng)力的應(yīng)力，這些材料就可以通過基于擠壓的打印機(jī)進(jìn)行3D打印。”

作者不建議單獨(dú)使用明膠或藻酸鹽，因?yàn)槊髂z太脆，藻酸鹽的流動(dòng)性太強(qiáng)，無法單獨(dú)維持穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。

用含5％固體的明膠和藻酸鹽比例（G / A）：1：4、1：1和4：1的固體含量為5％的明膠-藻酸鹽水凝膠制成的3D打印幾何圖形的代表性圖像。（a）列上的圖像顯示了僅用長方體形狀的明膠-藻酸鹽水凝膠進(jìn)行3D打印的對(duì)象。與列（b）對(duì)齊的圖像顯示了后處理過程中的3D打印對(duì)象，方法是使用滴管將0.1M CaCl2溶液施加到表面上。

浸泡在0.1M氯化鈣（CaCl2）中后3D打印結(jié)構(gòu)的代表性圖像，浸泡時(shí)間分別為10、20、30和60分鐘

浸入CaCl2溶液后，復(fù)合材料的表面光滑度顯著提高。

根據(jù)流變特性和3D打印結(jié)果，我們可以得出結(jié)論，明膠和藻酸鹽的最佳比例為1：1。另外，在氯化鈣溶液中浸泡時(shí)間不同的后處理表明，浸泡時(shí)間越長，凝膠越結(jié)實(shí)。研究人員總結(jié)說：“但是，應(yīng)該做進(jìn)一步的測試以確定浸泡時(shí)間對(duì)凝膠強(qiáng)度的影響?！?“這項(xiàng)研究的最重要發(fā)現(xiàn)是，通過將3D打印的幾何形狀浸泡在氯化鈣溶液中，可以顯著改善凝膠強(qiáng)度和表面光滑度。下一步要解決的問題是在后處理過程中改善形狀保持力?！?br />
編譯：3dprint