目前生物3D打印所使用的生物可降解材料大多是脆性或过软的质地，这限制了他们在组织工程中的应用。美国加州大学圣地亚哥分校的陈绍琛教授团队发表在“Advanced FunctionMaterials”上的“3D Printing of a Biocompatible Double Network Elastomer with Digital Control of Mechanical Properties”一文中，研究人员采用投影式光固化3D打印技术来构建复杂的聚癸二酸甘油-丙烯酸酯（PGSA）双网络结构，所制造出的结构各部分具有不同的机械性能并具有良好的生物相容性。针对双网络结构体的光固化打印，研究人员利用有限元力学分析对其结构进行了优化，从而使其在力学性能上有着巨大的提升。
首先，研究人员为了验证PGSA的可打印性，打印了丝径为75µm的网格支架（图1）。并通过在特定位置设定不同的曝光时间，打印出了机械性能具有区域差异性的双网络结构。
图1 DLP打印流程示意图及打印支架扫描电子显微镜（SEM）观察结果
其次，研究人员对所用的PGSA/PEGDA树脂材料进行了机械性能测试，从机械性能测试结果来看增加曝光时间会增加聚合物的拉伸模量和极限拉伸强度（图2）。
图2 PGSA/PEGDA复合材料的机械性能表征
随后，研究人员在打印的PGSA/PEGDA复合材料表面上进行内皮细胞的接种培养，经过7天的培养后细胞活性依然保持正在90%以上（图3）。
图3 内皮细胞的体外接种培养
在验证完材料的生物相容性后，研究人员利用有限元分析对双网络结构进行了力学优化（图4）。
图4 不同网络结构的力学性能测试
最后，为了对比双网络结构的机械性能，研究人员对比了打印出的单网络结构（SN）和双网络结构（DN）的破坏测试结果（图5）。实验结果说明双网络结构相较于单网络结构而言，其结构内较软的部分在断裂前起到了牺牲梁的作用，吸收了能量，从而避免了整个网络的断裂。
图5 单网络结构和双网络结构的力学测试
总的来说，该研究利用光固化投影3D打印技术对材料进行简单、快速地构建及结构优化，可实现同一打印结构内的不同区域具有强度差异，并针对不同的生物医学应用进行整体机械性能的优化，该方法设计出的机械强度高、生物相容性好、可生物降解的弹性支架在生物医学领域具有巨大应用潜力。
论文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.201910391
来源：EFL EngineeringForLife
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