浙江大学: 多機能ハイドロゲル 3D プリント技術

浙江大学: 多機能ハイドロゲル 3D プリント技術
寄稿者: 陳一路 忠良

浙江大学は、複雑な軟構造部品の成形ニーズに応えて、多機能ハイドロゲルの迅速な成形に使用できるカルボマーレオロジー改質剤に基づく直接書き込み成形法を提案しました。カルボマーは直接書き込みスラリーに対して顕著なレオロジー改質効果を有し、二重ネットワークハイドロゲル、磁性ハイドロゲル、感熱ハイドロゲル、バイオゲルを効率的に形成できます。形成された多機能ハイドロゲルは、優れた機械的特性と生体適合性を備えており、また、荷重メッシュ構造、ソフトロボット、4Dプリントされた葉、培養皿など、さまざまなソフト構造部品の形成を実現できます。


図1 カルボマースラリーのゲル凝固の模式図。研究者らは、異なる機能を持つハイドロゲル前駆体をせん断薄層化したカルボマーコロイドと混合して、異なる機能を持つハイドロゲルスラリーを調製した。カルボマーベースのコロイドは、二重ネットワークハイドロゲル、ナノ粒子強化機能性ハイドロゲル、刺激応答性ハイドロゲル、通常のハイドロゲルなど、さまざまなハイドロゲルと互換性があり、バイオプリンティングに適しており、直接書き込み時のハイドロゲル構造の機械的特性を向上させることができます。カルボマーコロイドは水分含有量が非常に高く(99.5%)、直接描画スラリーに理想的なレオロジー特性を提供します。同時に、ハイドロゲルスラリーは粘度が高く、成形部品の形状の完全性を確保できます。


図2 カルボマーがハイドロゲルの機械的性質に与える影響の模式図 図3 直接描画ハイドロゲル部品 研究者らは、多様な機能と高い機械的性質を備えたハイドロゲル部品を印刷しました。さまざまな材料の配合を調整することで、直接描画部品の複雑性と機能の多様性を向上させ、その結果をフレキシブルロボットや4Dプリントの製造に応用しました。同時に、カルボマーは創傷治癒や薬物送達などのバイオメディカル分野で重要な材料として使用することができます。ポリエチレングリコールジアクリレート(PEGDA)-カルボマーハイドロゲルの生体適合性を試験することにより、このレオロジー改質剤はバイオプリンティング原材料の合成に役立ち、生物医学工学に大きな応用可能性があることが実証されました。カルボマーレオロジー改質剤に基づく3D印刷方法は、バイオプリンティングと統合ハイドロゲルデバイス製造の新たな道を切り開きました。

参考文献:
Z. Chen、D. Zhao、B. Liu、G. Nian、X. Li、J. Yin、S. Qu、W. Yang、「多機能ハイドロゲルの3Dプリント」、Advanced Functional Materials 29 (20) (2019) 1900971。

寄稿者: 陳一路中良 寄稿者: 機械製造システム工学国家重点研究室

浙江大学、多機能、ハイドロゲル、4Dプリント

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