技術文章
Technical articles近日,中山大學材料科學與工程學院王山峰教授團隊創(chuàng)新地使用超支化反應型稀釋劑去優(yōu)化聚富馬酸丙二醇酯(PPF)樹脂,充分利用了面投影微立體光刻技術(nanoArch P140,摩方精密)的快速制備優(yōu)勢,實現(xiàn)了可降解、無細胞毒性組織工程用多孔支架的超快、高精度打印,同時顯著提高支架結構的模量、韌性、和形變回復率。相關成果以“Projection printing of scaffolds with shape recovery capacity and simultaneously improved stiffness and toughness using an ultra-fast-curing poly(propylene fumarate)/hyperbranched additive resin"為題發(fā)表在國際著名期刊《Additive Manufacturing》上(Doi:10.1016/j.addma.2021.102446)。該期刊的影響因子為10.998。
PPF是一種可注射、可光固化、可降解不飽和聚酯,在骨組織工程上具有優(yōu)異應用前景。在以往使用PPF樹脂和立體光刻技術打印組織工程支架的報道中,富馬酸二乙酯(DEF)是作為反應型稀釋劑來調節(jié)樹脂粘度以獲得流動性和可打印性,然而在固化速度和所制備支架結構的力學性能上需要提高。在此論文中,經(jīng)篩選后超支化聚酯丙烯酸酯(HPA)作為反應型稀釋劑與PPF形成新型光固化樹脂,并與PPF/DEF樹脂在流變性質、熱性能、固化速度、固化深度、臨界固化能量、打印速度、打印精度,以及打印出的多孔支架結構的力學性質上進行全面的對比研究。實驗結果表明HPA可有效降低PPF的玻璃化轉變溫度和粘度,以獲得打印時的流動性,同時,HPA極大加速了PPF的光交聯(lián)過程。PPF/HPA樹脂固化需要的臨界能量極低,僅為2.1 mJ/cm2,低于PPF/DEF樹脂的六分之一。在保證高精度的前提下,使用面投影微立體光刻3D打印技術快速成型的特性最為亮眼。對于PPF/HPA樹脂,每打印一層曝光時間僅為0.1-2 s,比目前已公開報道的使用紫外光交聯(lián)方法的3D打印技術至少縮短了一半。在50微米的分辨率下,PPF/HPA樹脂的打印速度可達18 cm/h,而PPF/DEF樹脂的打印速度僅為其五分之一。得益于更完善的交聯(lián)網(wǎng)絡,使用PPF/HPA樹脂打印的支架結構比PPF/DEF樹脂支架具有更低的收縮率、更高的剛度和韌性,以及更好的形變回復能力,具有4D打印的特性。初步體外細胞實驗也證明這些支架的細胞相容性好,為在支持骨組織修復上使用奠定了基礎。
圖1 面投影微立體光刻技術(nanoArch P140,摩方精密)快速制備PPF/HPA支架
圖2 PPF/HPA、PPF/DEF兩種樹脂的打印速度對打印分辨率和光強的依賴關系
圖3 PPF/HPA支架結構的優(yōu)異力學性能
論文為中山大學材料科學與工程學院獨立完成,第一作者為碩士研究生利文杰,第二作者為博士研究生成肖鵬,其導師王山峰教授、王苑講師為共同通訊作者。該研究得到中國國家自然科學基金(51973242)、中山大學“百人計劃"啟動經(jīng)費、廣州市科技計劃重點項目(201704020145)、和廣東省基礎與應用基礎區(qū)域性聯(lián)合研究計劃(2020A1515110674)的支持。
原文鏈接:
https://doi.org/10.1016/j.addma.2021.102446