神奇！3D列印的人形智能凝膠在水中行走
《美國化學學會應用材料與界面》近日在線發表的論文稱，羅格斯大學的工程師們發明了一種在受到電刺激時可以改變形狀並在水中行走和搬運物體的3D列印智能凝膠。
這一發明有望設計出類似章魚等海洋動物的仿生軟體機器人，並將應用於人工心臟、胃和肌肉，以及設計用於疾病診斷和藥物輸送的設備。
水凝膠是以水為分散介質的凝膠。具有網狀交聯結構的水溶性高分子中引入一部分疏水基團和親水殘基，親水殘基與水分子結合，將水分子連接在網狀內部，而疏水殘基遇水膨脹的交聯聚合物。是一種高分子網路體系，性質柔軟，能保持一定的形狀，能吸收大量的水。
在3D列印的過程中，光被投射於一種光敏溶液中，使其形成水凝膠。接著，水凝膠被轉移到鹽水溶液（或電解液），並接入兩根電線以傳導電刺激。
據Lee介紹，人形水凝膠（約1英寸高）在電刺激下，可以實現前行，反向以及抓取、移動物體等。通過改變智能凝膠的厚度，可以控制其行走速度。可以通過調整鹽水溶液濃度和電場強度來控制凝膠的彎曲和形變。
智能凝膠運動的速度可以通過改變其尺寸來控制，凝膠可以根據電場的變化而彎曲或改變形狀。凝膠類似於收縮的肌肉，因為它由柔軟的材料製成，含水量超過70％，並能對電刺激作出反應。
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3D列印的可拉伸水凝膠顯示出優異的生物相容性，能夠直接3D列印生物結構和組織，這些水凝膠具有很高的光學清晰度，可以提供3D列印隱形眼鏡。
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更重要的是，這些可3D列印水凝膠可以與商業3D列印彈性體形成強大的界面結合，這使研究人員能夠直接3D列印水凝膠-彈性體混合結構，如列印基於彈性體基質上的柔性電子板和導電水凝膠電路，使得幾何複雜性或可拉伸性被充足使用。
研究人員Howon Lee表示：「我們的3D列印智能凝膠在生物醫學工程領域具有巨大的潛力，因為它類似於人體內組織，也含有大量水分並且非常柔軟，它可以用於許多不同類型的水下設備。智能凝膠這樣的軟材料靈活性好、造價比硬質材料便宜、還可以小型化。而用軟材料製造的設備通常比複雜的硬材料設備更易於設計和操控。這項研究展示了3D列印技術如何擴展這種智能凝膠的設計和多功能性。」
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