硅膠混合物有一個3D列印的鼻子

通過結合兩種不同類型的有機硅，賓夕法尼亞州立大學的研究人員用3D列印生產出了具有複雜幾何形狀的有機硅部件。這些3D列印部件與模塑、澆鑄和旋塗等常規有機硅生產工藝下生產的部件相比，有更好的機械特性和生物粘合性。

賓夕法尼亞州立大學工程科學與力學部副教授Ibrahim Ozbolat說：「到目前為止，聚二甲基硅氧烷或有機硅（簡寫為PDMS）在成型方面和製造設備方面都有局限性。目前的大多數產品都是通過鑄造或微成型來完成的，但是用這種製造工藝獲得的產品其力學性能較差，細胞粘附力也較弱，研究人員經常使用細胞外蛋白質如纖維蛋白來增強細胞粘附。」

用新的PDMS混合物進行3D列印獲得的鼻子（圖片來源：賓夕法尼亞州立大學）

PDMS可用於製造實驗室晶元設備，器件級晶元設備，二維和三維細胞培養平台以及生物器件。除此之外還可用於生產耐熱硅膠刮刀和柔性烤盤，但這些都是形狀簡單的設備，可以很容易地模製。如果材料要用於生長組織培養或測試，那麼形狀會變得更小更複雜。

對於任何一種在3D印表機中用作「墨水」的材料，必須能夠順利通過列印噴嘴並且沉積之後就立馬保持其形狀。材料不能被鋪開，滲漏或變平，否則設計的完整性將喪失。Sylgard 184是PDMS的一種彈性體，在3D列印中不夠粘稠，材料很容易從噴嘴中流出。但是，當與SE 1700（另一種PDMS彈性體）以適當比例混合時，該混合物便可以被用來列印。

雖然大多數材料在壓力下會變得更粘稠，但是一些材料具有相反的非牛頓效應，受壓下它們的粘度反而會降低。這對3D列印來說是非常完美的，因為當施加壓力以將「墨水」從噴嘴中推出時，噴嘴中流體的粘性會變小，便於噴出。研究人員發現，當他們將這兩種不同的列印原料進行混合處理，列印原料也出現了這種非牛頓效應，在剪切力的作用下漿料變得更稀。他們的研究成果被刊登在《ACS Biomaterials Science＆Engineering》期刊上。

PDMS是種疏水材料，在成型時表面保持光滑，這兩個特性使PDMS的模塑表面不容易粘附組織細胞。正因為如此，研究人員經常使用塗層來增加細胞粘附。相比之下，3D列印的表面，因為它們是由數以千計的PDMS小股組成，具有細小的裂縫，因而為細胞提供了粘附的最佳去處。

為了測試3D列印PDMS的保真度，研究人員從美國國立衛生研究院3D列印交換中心獲得了具有生物特徵的產品設計方案——手，鼻子，血管，耳朵和股骨頭。在這些設計的基礎上，他們用PDMS混合物成功列印出了鼻子，表明不需要支撐材料也可以列印出這樣的器官，包括空心腔和複雜的幾何形狀。

Ozbolat說：「我們用水包裹PDMS鼻子，在MRI機器上成像。我們比較了三維重建的鼻子圖像與原始圖案，發現它們有相當不錯的形狀保真度。」

由於PDMS混合物是在壓力下通過噴嘴進行列印的，因此產品中的氣泡數量遠少於成型或鑄造時的氣泡數量。另外，將混合物通過微米尺寸的針還可移除大部分的氣泡。

如果我們將模塑或鑄造PDMS的機械特徵與3D列印PDMS進行比較，我們會發現3D列印的PDMS拉伸強度要好得多。由於PDMS材料可被印刷，因此可以將它與其它材料混在一起製造由多種材料組成的單件裝置，也可以結合導電材料來生產功能化的器件。

原文來自materialstoday，原文題目為Silicone mixture has a nose for 3D printing，由材料科技在線匯總整理。

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