近日，美国的研究者发现了一种由3D打印机制备的不可思议的形状，在薄管上打结，将柔性材料注入3D墨水变成凝胶，凝固后形成。研究小组说，他们的3D打印技术克服了几个局限，并为组织工程的应用提供可能。

3D打印技术的使用受到越来越多的欢迎，研究人员正在使用它制造更复杂的结构，如微流体系统、软机器人和仿生耳。但3D打印技术仍有其局限性，如某些复杂结构，特别是软结构，很容易坍塌。

为了解决这个问题，佛罗里达大学的Thomas Angelini和同事利用商用凝胶颗粒的物理性质，该凝胶由7µm直径的粒子(Carbopol EDT 2020)组成。由于剪切力的变化，凝胶能够迅速从固态到液态。将它作为基体材料用于3D印刷，可以打破3D材料质地硬的局限性。克服了一些坚固基体可能在打印机移动过程中部件损坏的情况，或液体无法支撑的某些结构的情况。

被困的油墨

在打印针移动时，颗粒凝胶介质具有一定的屈服强度、流速、快速自愈合性。Angelini说：“当油墨印刷到凝胶时，它们被困住。通过将预设程序设置到系统中，周围的凝胶凝固，可以将油墨固定成任何复杂的形状。3D打印技术不再是仅仅用于固化材料，还能最优化匹配支撑材料。”

如图所示为类似水母状的交联结构，该交联结构可以从凝胶中无破损的去除。图片来源：佛罗里达大学的T Bhattacharjee, K Schulze, W G Sawyer 和T E Angelini。

作为一种常用的容剂，该凝胶可以兼容很多墨水材料。这种聚合物油墨的粘度调整范围很广，胶体也可以用于打印，活细胞也可以打印，颗粒凝胶介质几乎无需经过修饰。如果使用交联聚合物，可以起到巩固和分离凝胶的作用，而柔性细胞可以无限期地保留，用于支撑基体。

该团队还展示了一些编写的复杂的凝胶设计程序，包括嵌套状的俄罗斯套娃，水母和打结的模型管，这些结构不可能利用传统的3D印刷方法制备得到。“在打结的情况下，制备的悬挂部分可以循环连接到其他的结上。如果没有颗粒凝胶介质的捕获作用，这些结就只能向下打印。”Angelini解释道。

用器官作实践

该技术的潜在应用是多种多样的，包括用于建筑部件的灵活电子产品和工程智能材料。但Angelini和同事特别感兴趣的潜在应用是用于改善组织工程领域。Angelini说：“该技术可以用来制造复杂的组织和器官（医药领域），尽管这一应用还有很长的路要走，但是颗粒凝胶的使用，对该研究有着更直接的影响，用于医疗救助和其他相关实践。目前，我们的3D印刷机为佛罗里达大学的外科医生打印了一个1/4比例模型的全脑水凝胶。”

Brian Derby是曼彻斯特大学的材料科学家。他说：“这项技术十分创新，但不太可能惊天动地。关于一些内部流体的研究在先前已经有人研究过。不过他们使用的高剪切速率敏感凝胶是一种创新…一些具体的例子可以证明该技术是特别好的技术，但由于体积非常小，很难做到快速制备。”

Derby还指出，有时，很难检测到打印对象内部凝胶基体。Angelini同意凝胶分离的3D模型可以改善局部区域，并指出他的团队正在开发新型颗粒凝胶用于简单分离。

新材料在线编译整理——翻译：陈琼     校正： 摩天轮