3DP材料模仿真实的人体组织进行脊柱修复

研究人员目前能够打印多种生物组织，但要创造出与真实人体组织的特性和行为完全匹配的合成替代品一直是一项挑战。

现在，科罗拉多大学丹佛分校的一个团队已经在这项工作中取得了突破，使用称为液晶弹性体(LCEs)的材料制造了模仿软骨和其他生物组织的设备。

这项由CU Denver机械工程教授Chris Yakacki领导的研究是LCE的一项工作扩展，该团队(包括来自中国南方科技大学的研究人员)已经完成了这些工作。

Yakacki告诉《设计新闻》，实际上，研究人员并没有提出创建生物材料的想法。他说：“我们最初没有打印软骨的心态。”

但是，研究小组研究LCE的次数越多，“我们越了解其行为与软骨或椎间盘等自然组织的相似程度，” Yakacki告诉我们。

使用LCE，研究人员实现了高分辨率多孔网格结构的数字光处理(DLP)3D打印，该设备的行为与软骨和其他生物组织非常相似。

整体过程

CU Denver博士学生，该项目的一名研究人员Nick Traugutt告诉《设计新闻》，DLP在获得研究结果方面起着关键作用。

他告诉我们：“通过这项技术，我们获得了难以置信的高分辨率晶格结构，无法以其他任何方式制造。” “这很重要，因为在我们的LCE的化学性质和我们可以DLP打印的晶格结构之间，我们有许多不同的方法可以在长度范围内精确调整设备的粘弹性和机械性能。”

确实，尽管LCE(将液晶分子结合到软橡胶材料的聚合物链中)是非常有用的材料，但众所周知，它们很难合成和操作。到现在为止，大多数研究人员都可以在微观结构中创建具有最小细节的大型物体或具有高细节的物体。

这就是为什么DLP在研究人员的工作结果中扮演特别重要的角色的原因。该团队开发了一种类似蜂蜜的LC树脂，当被紫外线照射时可以固化。这在一系列薄的光敏聚合物层中形成了新的键。

Traugutt告诉我们，固化材料的结果是一种柔软，牢固且柔顺的弹性体，可以在网格结构(类似于蜂窝状的图案化层)中进行印刷，从而开始模仿软骨的行为。

“创建可吸收能量并率相关一直是一个长期的挑战，软质材料，”他告诉设计新闻。“自然在我们体内做得很好，但是作为材料科学家，我们经常喜欢从自然中受到启发。”

未来之路

研究人员在发表的一份报告发现在杂志先进材料。

该小组从材料上打印出了几种结构，包括一朵细细的莲花和一个脊柱融合器的原型。研究人员发现，这些实验表明，与使用市售可光固化的弹性体树脂进行印刷相比，树脂和印刷工艺的组合还导致速率依赖性高12倍，应变能耗散高达27倍。

Traugutt告诉《设计新闻》，研究人员计划继续他们的工作，以探索如何开发由LCE制造的骨科器械。

他说：“如果我们能够模仿组织行为，那么我们想尝试替换由于受伤或衰老而受损的组织。”

Traugutt补充说，这项工作的其他应用包括头盔设计，该头盔可以减轻撞击的冲击并有助于避免在接触运动中造成脑震荡。

他告诉我们：“总体而言，我们正在研究如何使用这些能量吸收材料来改善人体的内外健康状况。”