3D打印“聰明”的心血管支架！南科大團(tuán)隊(duì)最新研究成果登上《科學(xué)》子刊

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讀創(chuàng)/深圳商報(bào)首席記者 吳吉 通訊員 鄧蘇

在體溫調(diào)節(jié)下可以自動(dòng)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(xué)機(jī)械與能源工程系副教授葛锜研究團(tuán)隊(duì)與浙江大學(xué)教授曲紹興研究團(tuán)隊(duì)合作在《科學(xué)》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(shí)現(xiàn)水凝膠-高分子復(fù)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(yīng)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(fù)合結(jié)構(gòu)，可起到保護(hù)、增強(qiáng)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(lǐng)域有著很大的應(yīng)用價(jià)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(fù)雜三維結(jié)構(gòu)的理想技術(shù)。利用該技術(shù)可對(duì)各種光敏水凝膠和高分子材料進(jìn)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(yīng)用面臨壁壘。

南科大和浙江大學(xué)的聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)合作開發(fā)出一種簡(jiǎn)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(qiáng)韌的界面結(jié)合力。利用葛锜團(tuán)隊(duì)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(shí)現(xiàn)水凝膠-高分子高精度多材料復(fù)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(tuán)隊(duì)通過三個(gè)應(yīng)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(shè)計(jì)自由度，并實(shí)現(xiàn)其功能和性能的進(jìn)一步提升。比如通過剛度增強(qiáng)微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可將水凝膠復(fù)合材料拉伸模量提高約30倍，壓縮模量提高高達(dá)700多倍。此外，通過調(diào)節(jié)微結(jié)構(gòu)局部尺寸，可實(shí)現(xiàn)對(duì)水凝膠復(fù)合材料局部剛度的調(diào)控；通過多材料3D打印離子導(dǎo)電水凝膠與光敏彈性體，可以直接通過3D打印將應(yīng)變傳感功能賦予軟體驅(qū)動(dòng)器，實(shí)現(xiàn)軟體機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)-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(huì)自動(dòng)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(shí)驗(yàn)表明，負(fù)載藥物的水凝膠在經(jīng)過2分鐘、30分鐘和1小時(shí)后，藥物釋放量分別為3%、16%和30%，在24小時(shí)后可完全釋放。

該項(xiàng)研究拓寬了水凝膠-高分子材料復(fù)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(yīng)用潛力。