陳根：新型水凝膠材料，具備形變、力變雙響應_風聞

文|陳根

水凝膠作為一種極具前途的材料，在軟體機器人、組織工程支架、柔性傳感器等領域展現出廣闊的應用前景。受限於常規的模具澆築製備工藝，水凝膠的結構通常比較單一，影響了其更豐富、更復雜功能的實現。

3D打印，即增材製造，為複雜結構的水凝膠精密成型提供了有效手段。近日，中國科學院蘭州化學物理研究所的研究人員利用3D 打印技術**，開發了一種具有雙重刺激響應性的管狀立體****水凝膠材料。**在不同的離子溶液中，水凝膠管狀材料能夠識別離子逐步變形、變剛度，並形成4D打印血管支架。

與3D打印的預先建模然後使用材料打印不一樣，4D打印的邏輯是，先用3D打印機打印出一種剛性的智能材料，然後將這種材料與上述外界激活因素結合，從而按照預先設定的路徑完成物體形態的改變。

傳統而言，造物過程一般都是，先模擬後製造，或者一邊建物一邊調整模擬效果。而通過硬件和軟件的緊密結合，4D打印技術則顛覆了傳統的造物方式**，**化傳統造物工藝於無形。

該研究中，研究人員利用海藻酸鈉鏈段中不同反應位點選擇性聚糖發生正負電荷作用的原理，有序地生成新的交聯點，使得水凝膠體積相應地發生收縮，且模量逐步增強。此後，溶液浸泡中的管狀支架會發生再收縮變形，形成相對於原始結構尺寸更小的管狀結構。

隨着海藻酸鈉鏈段與不同外界刺激發生反應，海藻酸鈉水凝膠的力學性能發生了明顯提高。**由於反應位點的選擇性，改變浸泡溶液的順序可以調節4D打印管狀材料的形變和剛度變化。**該4D打印的管狀支架材料雙響應形變後力學性能大大提升，徑向支撐表現出>95%的壓縮回復性，在高度方向上能支撐>360倍自身重量的物體。

總的來説，該4D打印的海藻水凝膠具有較高的結構精度和力學強度，能夠實現在温和條件下形變、力變的雙響應。未來，其或可為血管支架提供新思路。