Empa研究人員開發出用於植入物的基於纖維素的3D列印材料

近日，瑞士聯邦材料科學與技術實驗室（Empa）的研究人員開發了一種由纖維素納米晶體組成的環保墨水，可用於3D列印。該材料適用於製造具有出色機械性能的生物醫學裝置。

儘管Empa研究人員Gilberto Siqueira和Tanja Zimmerman目前正處於令人興奮的生物醫學研究項目之中，但在過去的一年中，Empa研究人員一直專註於電機而非醫藥。在Empa應用木材實驗室，兩位研究人員一直使用直接墨水列印的3D印表機，用木材列印材料製造汽車零件和其他重型零件。

但是，Siqueira和Zimmerman現在正在進行3D列印研究，並將其應用於人體。

Empa研究人員表示，他們開發了一種新型的環保型3D列印油墨，它是由纖維素納米晶體（CNC）製成的，它是木材的主要成分之一。

當然，木材中的纖維素並不總是採取晶體的形式。為了獲得結晶部分，研究人員必須找到原纖維（細長纖維）表現出更有序結構的區域。

Siqueira解釋說，「結構程度更高的地方會呈現出更為結晶的形式，而且我們可以用酸來凈化這些部分，我們需要我們的研究。」

一旦發生酸凈化，結果是纖維素納米晶體，直徑為6.5納米的120納米長的微小棒狀結構。

此前，有研究員在3D列印油墨中使用了這些納米晶體，但通常是少量的，通常將CNC的總含量最大化到2.5％左右。然而，Empa研究人員正在尋求更加集中的開發，CNC的總含量為20％。

但是，迄今為止還沒有其他研究人員將這麼多的CNC加入其3D列印油墨，原因在於CNC載入墨水的一致性使得在實驗室的EnvisionTEC 3D Bioplotter上真的很難擠出。

Siqueira表示：「最大的挑戰是達到粘性與彈性的一致性，也可以通過3D印表機噴嘴擠壓。」

然而，只是獲得列印材料還不足以表明CNC填充的3D列印油墨可能是生物醫學的有用材料：初始的水性墨水可以列印精美的物件，但最終生產出非常脆弱的結構，沒有製造有用的植入物或其他生物醫學裝置。所以研究人員試圖將CNC加入到基於聚合物的混合物中。

從原則上來說，這可能是一場災難。

「大多數聚合物是防水或疏水的，而纖維素吸收水分，是親水的，」Siqueira說，「結果它們不是很兼容。」

幸運的是，列印後用UV輻射硬化，CNC與聚合物「交聯」，幾乎完美地對準其列印方向。這產生了具有優異機械剛度的材料。

「有趣的是，人們可以很容易地控制納米晶體的方向，」Siqueira說。「例如，你可以在特定方向上列印應該具有特定機械剛性的東西。」

使用Empa研究人員開發的新3D列印混合生物醫學設備和其他對象有幾個好處。一方面，油墨由可再生的纖維素材料製成。第二，這種材料在生物學上來說，可以安全的用於身體植入物。

「對我來說最重要的應用領域是生物醫學，」Siqueira補充道。「例如植入物或假體。」

Empa研究人員表示，這項工作將繼續進行，學生們現在正在研究開發適用於其他應用的DIW3D列印材料。

「這個領域的研究才剛剛開始，」Siqueira說。「目前，列印生物聚合物是一個非常熱門的話題。」

據悉，該研究結果已經發表在高級功能材料雜誌上。

延伸閱讀：《研究人員為軟骨植入物創建3D生物列印材料》

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！