根据北卡罗来纳州立大学的新研究，可以通过合并从海藻中使用的相同材料的微型和纳米大小网络来创建具有改进和高度控制的特性的3D可打印凝胶。调查结果可以具有生物医学材料的应用 - 思考生长细胞和软机器人的生物支架。
发表在期刊上自然通信，结果表明，这些水基凝胶 - 称为同种复合水凝胶 - 既强壮又柔韧。它们由藻酸盐组成 - 在海藻和藻类中发现的化合物，通常用作增稠剂和伤口敷料。
合并相同藻酸盐的不同大小的刻度网络消除了当不同材料在水凝胶中合并在水凝胶中有时会发生的脆性，S. Frank和DorisCulberson在NC状态下的化学和生物分子工程教授本文的作者。
他说:“水性材料又软又脆。”“但这些均质复合材料——藻酸盐介质中的软纤维藻酸盐颗粒——实际上是两种水凝胶的结合:一种是颗粒水凝胶，另一种是分子水凝胶。将它们融合在一起，就会产生一种果冻状的材料，这种材料比各个部分的总和还要好，它的属性可以通过3D打印机精确调整，以便按需制造。”
“我们加强了具有相同材料的水凝胶材料，这是显着的，因为它只用一种材料来改善整体机械性能，”NC州的化学和分子工程助理教授Lilian Hsiao表示本文。“藻酸盐用于伤口敷料，因此这种材料可能用作加强的3D印刷绷带或作为伤口愈合或药物递送的贴剂。”
这篇论文的第一批合著者之一、Velev实验室的研究生Austin Williams说:“这类材料有可能在医疗产品、食品产品中作为增稠剂或软机器人中发挥最大作用。”
Velev表示，未来的工作将尝试微调这种合并的同性化材料以推动用于生物医学应用的3D印刷或生物医学注射材料。
“这种技术可能与其他类型的凝胶一起使用，例如用于涂层或消费产品中的其他类型的凝胶，”Hsiao说。
前NC国家博士。学生Sangchul Roh是纸张的其他第一个合唱团。来自Wageningen大学的Coauthor Simeon Stoyanov参与了新材料的概念。
该研究由国家科学基金会资助，根据授予CMMI-1825476，CBET-1804462和ECCS-2025064。
-kulikowski -
编辑的注释：纸上的摘要跟随。
“具有协同增强的分子胶网的可印刷同性化水凝胶”
作者：奥斯汀威廉姆斯，桑尔·罗哈，艾伦·雅各，丽莲·赫沙和奥林迪瓦尔州北卡罗来纳州立大学;西蒙斯托南诺夫，瓦宁根大学
发表：5月14日，2021年自然通信
迪伊：10.1038 / S41467-021-23098-9
抽象的:水凝胶的设计使多重互穿网络增强了力学性能，可以拓宽其在生物医学材料、3D打印和软机器人方面的应用领域。我们报道了一类由互穿网络组成的自增强均质水凝胶(HHGs)。一种分子海藻酸盐凝胶是由层次分枝的海藻酸盐软树突胶体(SDCs)的胶体网络增强的。利用纳米纤维SDC网络对分子凝胶进行强化，可显著提高HHG的力学性能。在相同浓度下，粘弹性HHGs的存储模量比两种本构网络大>3倍，杨氏模量大>4倍。这种协同强化的胶体-分子HHGs为形成具有牢固结构-性质关系的生物相容凝胶提供了许多机会。其前驱体比例的平衡有利于精确控制屈服应力和自增强速率，实现高效挤压3D打印。
