基于数字光处理(DLP)的水凝胶3D打印研究分析

数字光处理3D打印技术，也叫数字投影光刻技术。该技术通过微镜阵列设备或动态液晶将具有三维物体切片图案的紫外光投射到移动平台上，平台浸没在盛有液体光敏树脂的容器中。一旦打印完一层，平台就会移动一层的距离，然后继续利用图案化的紫外光进行局部交联。这个过程一层一层地重复，直到所需的三维结构完成。在数字光处理3D打印中，光引发剂与阻光剂尤为重要。光引发剂确定了该材料引发交联需要的时间以及交联的程度，而阻光剂是用来防止紫外光穿透整层材料。

在打印过程中二者需要密切配合，使得每一层固化的厚度能与平台移动的距离匹配。因此根据所打印的材料选取合适的光引发剂和阻光剂显得尤为重要。DLP打印又可以根据平台向上(bottom-up)或者向下(top-down)移动的方向分为两种打印方法。如果接受投影的平台是向上移动的，通常盛有树脂容器的底板需要有良好的透光性，且上面覆着一层透氧薄膜用来防止打印结构粘在底板上。如果接受投影的平板是向下移动的，那么平台与树脂液面的初始距离需要满足固化条件。利用水凝胶材料可以通过紫外光固化交联的特点，研究者们开始用数字光处理的方式进行水凝胶3D打印。

(a)数字光处理的两种打印方式：Top-Down和 Bottom-Up。(b)DLP 打印生物凝胶并进行细胞封装。

Chan等利用数字光处理的方式打印了生物相容性良好的聚乙二醇双丙烯酸酯(PEGDA)水凝胶。他们将水凝胶的前驱液和细胞混合在一起并放入打印容器中，再利用DLP打印系统直接投影紫外光在容器中打印水凝胶盒子，从而实现对容器中的细胞进行分层封装。他们对封装后的NIH/3T3细胞的长期生存能力进行了定量评估，结果显示，通过增加水凝胶的分子量，可以在14天内提高细胞存活率。并且他们成功地论证了空间三维分层细胞模式，验证了将多种细胞类型和材料成分沉积到不同层次的可行性。

Odent利用商业DLP打印机对一种具有优异力学性能的离子复合水凝胶进行了高分辨率的3D打印。这种可打印的水凝胶利用了离子的导电性质和纳米掺杂物力学增强的性质，并可以针对每一个平面内的复合水凝胶进行刚度、韧性的调节。该离子复合水凝胶利用DLP 3D打印可以很容易地实现复杂的结构，为各种实际应用提供了机会，如人造组织、柔性驱动器和柔性电子。

Zhang等报道了一种DLP 3D打印超强拉伸性能水凝胶的方法。他们利用自制的高效水溶性光引发剂，与丙烯酰胺基的水凝胶前驱液共混，制备了水凝胶打印墨水。实验过程中，他们可以制作精度达到7μm的复杂水凝胶3D结构。他们打印的水凝胶样品可以拉伸超过1300%，是目前拉伸率最大的3D打印水凝胶。并且打印的可拉伸水凝胶具有良好的生物相容性，可以直接3D打印生物结构和组织。更重要的是，他们打印的水凝胶能够与商业3D打印弹性体形成牢固的界面结合，为3D打印水凝胶弹性体混合结构提供了可能。

• 上一篇：3D打印技术与打印机的介绍
• 下一篇：3D打印导电水凝胶的发展与挑战