3D打印“聰明”的心血管支架！南科大團隊最新研究成果登上《科學》子刊

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讀創(chuàng)/深圳商報首席記者 吳吉 通訊員 鄧蘇

在體溫調(diào)節(jié)下可以自動撐開血管且能緩釋藥物。這樣“聰明”的心血管支架是3D打印的！日前，南方科技大學機械與能源工程系副教授葛锜研究團隊與浙江大學教授曲紹興研究團隊合作在《科學》子刊Science Advances發(fā)表雜志封面文章，通過數(shù)字光處理技術(shù)實現(xiàn)水凝膠-高分子復合結(jié)構(gòu)的多材料3D打印，用于多功能柔性結(jié)構(gòu)與器件的快速一體化成型。而這一技術(shù)，就可以被應用在新型心血管支架的制備上。

據(jù)悉，將水凝膠與其他高分子材料快速鍵合形成水凝膠-高分子復合結(jié)構(gòu)，可起到保護、增強水凝膠結(jié)構(gòu)或引入新功能的作用，這在生物醫(yī)療、柔性電子等諸多領域有著很大的應用價值。而基于數(shù)字光處理的3D打印技術(shù)，通過數(shù)字化紫外光輻射引發(fā)液態(tài)光敏樹脂局部光聚合，形成固態(tài)三維結(jié)構(gòu)，是制造高精度復雜三維結(jié)構(gòu)的理想技術(shù)。利用該技術(shù)可對各種光敏水凝膠和高分子材料進行快速三維成型。但是，以上技術(shù)都存在一些難題有待解決，使得應用面臨壁壘。

南科大和浙江大學的聯(lián)合研究團隊合作開發(fā)出一種簡單而通用的水凝膠-高分子多材料3D打印方法，可使得高拉伸-高含水量丙烯酰胺水凝膠在數(shù)字光處理3D打印過程中，能與不同光敏樹脂形成強韌的界面結(jié)合力。利用葛锜團隊自主開發(fā)的數(shù)字光處理技術(shù)多材料3D打印系統(tǒng)，可實現(xiàn)水凝膠-高分子高精度多材料復雜混合三維結(jié)構(gòu)的快速一體化成型。

在Science Advances的文章中，團隊通過三個應用案例，論證所提出的新方法可以極大地豐富水凝膠-高分子結(jié)構(gòu)與器件的設計自由度，并實現(xiàn)其功能和性能的進一步提升。比如通過剛度增強微結(jié)構(gòu)設計，可將水凝膠復合材料拉伸模量提高約30倍，壓縮模量提高高達700多倍。此外，通過調(diào)節(jié)微結(jié)構(gòu)局部尺寸，可實現(xiàn)對水凝膠復合材料局部剛度的調(diào)控；通過多材料3D打印離子導電水凝膠與光敏彈性體，可以直接通過3D打印將應變傳感功能賦予軟體驅(qū)動器，實現(xiàn)軟體機器人的驅(qū)動-傳感快速一體化成型……

而其中最讓人期待的，是通過多材料3D打印技術(shù)制備的具有藥物緩釋功能的水凝膠-形狀記憶高分子心血管支架，在體溫37℃環(huán)境下會自動展開撐開硬化、狹窄的心血管。而在心血管支架上通過3D打印嵌入的水凝膠材料則賦予其藥物緩釋功能。實驗表明，負載藥物的水凝膠在經(jīng)過2分鐘、30分鐘和1小時后，藥物釋放量分別為3%、16%和30%，在24小時后可完全釋放。

該項研究拓寬了水凝膠-高分子材料復合結(jié)構(gòu)成型方法和能力，在開發(fā)新型多功能軟體器件方面具有較大應用潛力。