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3D打印NiCoP/MXene复合电极材料：构建高面积/体积能量密度储能器件: nanomicrolett 2020-10-10 16:50; 3D Printing of NiCoP/Ti 3 C 2 MXene Architectures for Energy Storage Devices with High Areal and Volumetric Energy Density Lianghao Yu, Weiping Li, Chaohui Wei, Qifeng Yang, Yuanlong Shao, Jingyu Sun* Nano‑Micro Lett.(2020)12:143 https://doi.org/10.1007/s40820-020-00483-5 本文亮点 1 . 利用 3D打印构造厚度和负载量可调可控的电极结构。 2. 全打印的NiCoP/MXene//AC非对称超级电容器全电池最终得到面积和体积能量密度分别为0.89 mWh cm −2 和2.2 mWh cm −3 。内容简介 3D打印在电化学储能领域已经得到广泛的应用。一般情况下，具有优异导电性的轻质碳材料成为研究的热点。然而由于碳基器件相对较低的面积和体积能量密度，极大地限制了其在实际中的应用范围。对称型超级电容器具有高的功率密度和安全稳定性，但是它的工作电压较低阻碍了其能量密度的发挥。苏州大学能源学院、苏州大学——北京石墨烯研究院协同创新中心的孙靖宇教授课题组，采用湿法化学及热磷化步骤，结合3D打印构筑非对称超级电容器，这为制备高面积/体积能量密度器件提供新的方法。该工作可控合成了NiCoP/MXene (NCPM)复合材料，通过3D打印构筑厚度及负载可调的电极，设计制备了NCPM-CNT//AC-CNT的非对称超级电容器，评估了其面积及体积能量密度，得出如下结论：(1)复合材料相比于单独MXene和NCP具有更好的电化学性能；(2)CNT作为墨水的调粘材料，不仅可以维持电极结构的骨架，还可以提供良好的导电网络；(3)3D打印的非对称超级电容器结构最终可实现高的面积和体积能量密度。图文导读 I NCPM复合电极的制备及打印器件的制备 NCPM的设计是通过湿法化学和原位磷化步骤得到，如图1a所示，磷化步骤以及与MXene的结合可以有效解决双金属氢氧化物导电性差的问题，促进电化学反应的动力学过程。进一步对墨水的微观形貌进行分析，可以发现活性材料与CNT能够较好地交织在一起，进而有效构筑导电网络(如图1b，c所示)。3D打印可以通过控制打印电极的层数，进而制备不同厚度的电极(图1d)。图1.(a) NCPM材料的合成及3D打印示意图。(b, c) NCPM/CNT墨水的微观形貌。(d) 3D打印设计厚度可调的样品。其中图d中的比例尺分别为8 mm。 II 复合材料的形貌表征图2考察了NCPM的形貌及结构特征。从高分辨TEM可以发现(图2d)，同一区域存在NCP和MXene两种的晶格条纹，表明NCPM复合材料的成功制备。为了进一步表征合成的NCPM的晶体结构和化学成分，进行了XRD和XPS分析，如图2g-i所示。XRD的数据表明复合材料主要存在NCP的信号；XPS的数据主要表明NCP和Ti 3 C 2 之间存在相互作用。图2.(a-c)NCPM的SEM及TEM图。(d) NCPM的HRTEM图。(e, f) NCPM的STEM和对应区域的元素Mapping。(g) NC, NCM和NCPM三种材料对应的XRD图谱。(h, i) NCPM的Ni 2p和Co 2p分别对应的XPS谱图。 III 3D打印墨水的流变特性分析在进行3D打印前，我们需要分析和表征墨水的流变特性，判断其是否满足打印的要求。如图3d-f所示，浓缩后的CNT与CNT/NCPM墨水两者在整个剪切压力范围内都具有剪切变稀的非牛顿流体特性。通过调整打印的速度，可以获得不同宽度的电极、可调负载量的器件，如图3c所示。进一步对冷冻干燥后的电极断面和表面结构进行观察，发现打印后的电极具有丰富的孔道结构，这有利于电解液的渗透和离子的传输(图3g-i)。图3.(a, b) 3D打印设备和打印电极的实物图。(c) 不同打印速度对应电极宽度分布统计图。(d) 制备的NCPM/CNT和CNT两种墨水的表观粘度与剪切速率的关系。(e, f) 储存模量和损失模量分别与剪切压力和频率之间的关系。(g, h) 打印电极的表面及截面SEM。(i) NCPM/CNT电极在冷冻干燥后的微观形貌图。 IV 打印电极的三电极电化学性能在扫描速率为10 mV/s的情况下，通过三电极装置分别测试NC、NCP和NCPM三者的循环伏安曲线(CV)，其中较大的曲线面积表明较高的容量存储，从图4b中可以看出NCPM的容量最高。NCPM相对于NCP和NC在结构上具有一定优势，主要由于MXene的引入为双金属氢氧化物的合成提供了更多的生长位点，结合MXene良好的导电性，可以进一步提升电极材料的反应动力学。通过借助3D逐层打印技术，得到厚度不同、负载量不一的电极。分析可得，随着电极厚度的增加，面积负载量也逐渐增大，因此对应较高的面积电容。然而，相对于薄电极，厚电极的离子和电子传输速度较为缓慢，因此相对厚的电极其体积容量可能会受到一定的影响，如图4e所示。图4.(a) 3D打印不同厚度的NCPM电极的光学照片。(b) 三电极体系测试NC、NCP、NCPM三种电极材料的CV曲线。(c, d) NCPM/CNT在不同电流密度下的GCD曲线及循环稳定性。(e) 不同打印电极的面积和体积容量。(f) 本工作制备的电极与其它体系的对比。 V 打印非对称超级电容器我们在打印电极的基础上设计了非对称的超级电容器(ASC)，这可以进一步提高整个器件的能量密度。为了达到ASC的最佳性能，正负极要满足电荷平衡( Q + = Q −)，可确定两者的材料比例；并通过CV曲线来确定两电极之间的电压区间为0−1.4 V，如图5b，c所示。在充放电电流密度为12 mA cm −2 的条件下对电化学储能器件进行循环性能测试，在5000次恒流充放电后，ASC仍然保留初始比电容值的87.5%，显示出较好的循环稳定性，如图5f所示。通过对电极厚度的优化，以及拓宽后的电压窗口，最终可以得到整个器件的面积和体积能量密度分别为0.89 mWh cm −2 和2.2 mWh cm −3 (图5g)。图5.(a) 3D打印非对称超级电容器正负极电极。(b) 在10 mV/s扫速下打印电极的CV曲线。(c) 不同电压区间内的CV曲线。(d) 不同扫速下的CV曲线。(e) 不同电流密度下的GCD曲线。(f) 两电极对应的长循环稳定性。(g) 打印NCPM与其它体系的面积与体积能量密度对比。作者简介孙靖宇本文通讯作者苏州大学教授 ▍ 主要研究领域主要从事烯碳能源材料的控制制备与器件应用研究。 ▍ 主要研究成果近年来在Adv. Mater., Nature Commun., Energy Environ. Sci., J. Am. Chem. Soc., Adv. Energy Mater., ACS Nano等期刊发表学术论文120余篇。发展了低维碳材料可控生长的Direct-CVD技术，探索研发石墨烯玻璃、石墨烯晶圆、烯碳隔膜等新材料，实现了烯碳基墨汁的宏量制备及能源器件的印刷化集成。研究成果被科学网, Nature Mater., Materials Views, Phys.org等亮点报道。主持国家级人才计划项目、国家重点研发计划“变革性技术关键科学问题”重点专项子课题、国家自然科学基金委、江苏省科技厅、苏州市科技局等科研项目7项。获北京大学优秀博士后奖、江苏省“六大人才高峰”、苏州大学优秀博士学位论文指导教师(2019)、苏州大学五四青年奖(2020)、牛津大学Varsity Award等奖励。撰稿：原文作者编辑：《纳微快报》编辑部关于我们 Nano-Micro Letters《纳微快报》是上海交通大学主办、Springer Nature合作开放获取(open-access)出版的英文学术期刊，主要报道纳米/微米尺度相关的高水平文章(research article, review, communication, commentary, perspective, letter, highlight, news, etc)，包括微纳米材料的合成表征与性能及其在能源、催化、环境、传感、吸波、生物医学等领域的应用研究。已被SCI、EI、SCOPUS、DOAJ、CNKI、CSCD、知网、万方、维普等数据库收录。2019 JCR影响因子：12.264。在物理、材料、纳米三个领域均居Q1区(前15%)。2019 CiteScore：12.9，材料学科领域排名第4 (4/120)。中科院期刊分区：材料科学1区TOP期刊。全文免费下载阅读(http://springer.com/40820)，欢迎关注和投稿。 E-mail： editor@nmletters.org Tel： 021-34207624; 6338 次阅读|0 个评论

3D打印高强度壳聚糖水凝胶支架: heyongzju 2020-7-31 22:06; 3D 打印高强度壳聚糖水凝胶支架近年来，由于其出色的生物相容性，生物活性，生物降解性和无毒性，广泛存在于虾蟹等海洋节肢动物的甲壳和昆虫的甲壳中的天然水凝胶材料--壳聚糖受到了越来越广泛的关注，被认为是组织工程和再生医学中的一种较好的材料。然而，已报道的研究中，大多使用酸性溶液来溶解壳聚糖粉末，再通过以这种方式获得的壳聚糖水凝胶力学性能差，无法满足组织修复的需求。近期EFL团队设计了一种不需要有机溶剂的壳聚糖墨水，通过碱/尿素水溶剂经过多次融冻循环来溶解壳聚糖，获得壳聚糖水凝胶，该墨水具有独特的温致凝胶特性，使得其能够使用埋入式高温凝固浴方法进行打印。而在凝胶化过程中，溶液中的壳聚糖分子会自组装成致密的纳米纤维网络，这使得其拥有比酸性溶液制备的壳聚糖水凝胶更杰出的力学性能，满足组织修复的需求。配合EFL的生物3D打印机，复杂的高强度壳聚糖水凝胶支架可以轻松打印。除了系统地研究高强度壳聚糖水凝胶的打印工艺和力学性能外，我们还进行了相应的体外细胞实验和动物实验来证明其生物相容性和在组织修复中应用的前景。结果表明，HUVECs细胞可以在打印的支架上顺利生长和增殖，而小鼠皮肤的修复结果也进一步证实了打印的壳聚糖水凝胶支架出色的生物相容性。考虑到强度满足要求，制造过程未引入有机溶剂，这种高强度壳聚糖水凝胶有望成为一种理想的组织修复材料。题为“3D Printing of High Strength Chitosan Hydrogel Scaffolds without any Organic Solvents”的论文已在线发表在Biomaterials Science，周璐瑜硕士生为第一作者，博士生Hamed Ramezani为共同一作，贺永教授及傅建中教授为通讯作者。特别致谢武大化学学院蔡杰教授一些有益的讨论，也感谢蔡教授及张俐娜院士团队壳聚糖绿色利用方面杰出工作的启发。图1.高强度壳聚糖水凝胶墨水的配制和打印原理。图2.高强度壳聚糖水凝胶打印的工艺参数和打印的复杂结构。图3. 高强度壳聚糖水凝胶的力学性能。图4. 高强度壳聚糖水凝胶的生物相容性。图5. 打印的壳聚糖水凝胶支架进行皮肤修复论文地址： https://doi.org/10.1039/D0BM00896F; 个人分类: 论文|6080 次阅读|0 个评论

AFM长篇综述：软物质/软材料的3D打印: heyongzju 2020-5-2 19:31; AFM 长篇综述：软物质/软材料的3D打印 88 A Review of 3D Printing Technologies for Soft Polymer Materials.pdf 与人体组织具有相似性能的软材料在现代跨学科研究中发挥了关键作用，其被广泛用于生物医疗中。与传统加工方法相比，3D打印可实现复杂结构的快速原型制作和批量定制，非常适合加工软材料（软物质）。然而，软材料的3D打印的发展仍处于早期阶段，并且面临许多挑战，包括可打印材料有限，打印分辨率和速度低以及打印结构多功能性差等。EFL团队多年从事3D打印水凝胶、硅胶等软材料的研究，近期EFLers梳理和总结了应对软材料打印的响应策略，在Advanced Functional Materials上发表了题为“A Review of 3D Printing Technologies for Soft Polymer Materials”的长篇综述。本综述重点聚焦三点： 1）如何便捷开发可打印材料？ 2）如何选择合适的方法并提高打印分辨率？ 3）如何通过3D打印直接构建复杂软结构/系统？我们回顾了用于打印软聚合物材料的主流3D打印技术，归纳了如何提高打印分辨率和速度，选择合适的打印技术，开发新颖的可打印材料以及打印多种材料。系统总结了软材料3D打印在仿生设计、柔性电子、软机器人和生物医学领域的应用进展。 1. 主流3D打印技术概述受到软材料独特的理化性质限制，当前打印软材料的主流技术主要有四种：激光熔融烧结（SLS），光固化打印（SLA、DLP、CLIP、CAL）、喷墨打印（Inkjet Printing、E-jet）挤出打印（FDM、DIW、EHDP）等。每种方法都有自己各自的材料要求以及打印特性。本综述详细介绍了各打印方法的原理、材料要求、打印速度、打印精度和多材料能力，为选择合适的打印方法提供了指南。图1. 3D打印软材料使用的主流技术 2. 多材料3D打印进展概述与单一材料的打印相比，多材料3D打印能够直接构造复杂的功能结构，具有更强的可定制性。本综述将软材料的多材料3D进展分为两类：复合材料的3D打印和多种材料的3D打印。前者直接使用复合材料作为打印材料构造复杂结构，后者则通过3D打印过程来构建多材料结构。使用多材料3D打印的最终目的是为了构建具有强大功能的结构。具体而言，将复合材料运用到3D打印中主要为了：1）提高材料可打印性；2）提高材料机械性能；3）赋予材料新的理化性质（如导电性、磁响应性、形状记忆性等）；4）利用可牺牲组分构建多孔结构。而对于多种材料的3D打印，则有多种方法来实现多材料的集成，包括：1）多喷头/多墨盒打印；2）同轴打印；3）埋入式打印。其目的可以概括为：1）可牺牲的支撑以构建复杂结构；2）多材料的耦合实现机械增强；3）不同功能的材料集成以构建具有实际功能的结构。本综述系统概括了相关的进展，为如何利用多材料3D打印构造具有优良性能和强大功能的软材料系统提供了指导。图2.多材料3D打印概述 3. 软材料3D打印的应用 3D 打印能够便捷地集成多种材料，实现快速原型，为多学科交叉领域应用的验证提供了强大的工具。而软材料具有和生物体相似的性质，在于生物相关的领域发挥了越来越重要的作用。本综述介绍了软材料3D打印在仿生设计、柔性电子、软机器人和生物医学领域的应用进展，为软材料3D打印的应用指明了可能的方向。图3. 3D打印仿生结构图4.3D打印柔性电子图5.3D打印软机器人图6.生物3D打印 4. 展望未来，集成多种材料以实现复杂应用将会是大势所趋，软材料3D打印的研究重点会在：1）集成高精度和高速度打印以满足复杂结构快速原型的需要；2）开发高度集成的多材料3D打印技术来满足对具有高功能性和复杂多尺度几何形状的打印结构的需求；3）开发新型的打印材料以丰富打印结构的功能；4）将仿生学思想融入设计过程中来构建超性能结构。图7.软材料3D打印的未来发展展望题为“A Review of 3D Printing Technologies for Soft Polymer Materials”的综述论文已在Advanced Functional Materials 在线刊登。周璐瑜硕士生为第一作者，贺永教授为通讯作者。论文地址： https://doi.org/10.1002/adfm.202000187 最受关注文章Top10 甲基丙烯酸酐化明胶（GelMA）生物3D打印操作教程 EFL团队2019年度总结 EFL招聘啦！ 3D打印构建全血管网络及肿瘤-血管相互作用初探自带荧光水凝胶来袭！生物3D打印-从形似到神似多尺度3D打印高生物相容性及力学强度兼具的组织工程支架高精度3D打印助力水凝胶类生物材料微纳结构精准制造 EFL课题组2018年度回顾生物3D打印入门概述; 个人分类: 论文|9527 次阅读|0 个评论

[转载]再生医学高等研究院再生医学微纳制造平台科研人才招聘: kongling814 2019-11-29 13:00; 再生医学高等研究院是广州再生医学与健康广东省实验室重点支持的合作中心，研究院专注于干细胞生物学、再生医学、组织工程、组织和器官重建、精准医学和临床前研究以及再生应用研究，致力于开展创新治疗，搭建高端转化平台，培养再生医学人才，打造世界一流科研中心，务求成为粤港澳大湾区打造世界级科技创新中心的重要组成部分，同时为将来国家实验室的实施做准备。再生医学微纳制造平台以3D打印、微流控等技术为核心，结合新型生物材料的研发，构建可模拟机体内环境的微纳级别结构，研究组织器官再造以及微纳结构对干细胞分化的影响及调控机制，为再生医学的研究提供思路和发展方向。为中心发展需要，特向海内外高层次人才发送邀请，诚聘精英，具体要求如下：一、岗位及要求助理研究员/博士后（科研岗位）若干 1.在国内外高校或研究所取得或即将取得生物材料、组织工程、纳米医学、3D打印制造、微流控制造、细胞分子生物学等方向的博士学位；或获得相关专业硕士学位后，在研发岗位上从事前沿研究工作3年以上，具有专业技能者; 2.博士后要求年龄不超过35岁，博士毕业三年以内。 3.以第一作者发表过SCI论文，表现出良好的学术发展潜力，具有独立科研工作能力； 4.良好的英文听说读写能力； 5.热爱科研，工作认真、责任心强，有团队组织和协作精神。   研究助理/实验室技术员（科研岗位）若干 1.具有生物学、基础医学、材料学、生物材料、组织工程、纳米医学、机械自动化、电气等相关专业背景本科或硕士学历； 2.具有生物化学、生物材料合成和制备、纳米技术、3D打印及微流控建模与制造等相关实验技能； 3.良好的英文听说读写能力； 4.工作认真、责任心强，有团队组织和协作精神。   二、薪酬待遇 1.提供具有全球领先的丰厚薪资待遇（年薪制，顶尖人才一人一议，研究员70万+，副研究员35万+，博士后30万+，助理研究员18万+，研究助理12万+），具体面议； 2.提供充足科研经费和齐全的科研设备，为高端人才组建科研支撑团队（副研究员、博士后、助理研究员、研究助理），根据工作能力和贡献发放相应补贴与绩效奖励； 3.鼓励申报国家人才项目、广东省广州市开发区等各级人才项目，获取优厚人才补贴和福利，如广州市高层次人才可获100-500万人才补贴及其他丰厚福利待遇，可与薪酬叠加； 4.高标准缴纳五险一金，带薪年假等全方位福利，多途径协助解决子女入学，住房等生活问题； 5.其他福利待遇参照再生医学省实验室相关规定执行。三、招聘办法 1.有意向者请将中英文个人简历、过往研究内容、未来研究计划及研究兴趣、发表文章（5篇以内的科研代表作）、三封推荐信（或推荐人姓名与联系方式）及其他能证明本人能力水平的有关资料打包发送至以下邮箱：kong_ling@grmh-gdl.cn, weixinrainlp@hotmail.com；，邮件主题请标注：“应聘岗位+姓名”； 2.我中心承诺对应聘者提交的所有材料严格保密，将根据应聘者履历情况、研究成果、研究计划及发展潜力等各方面进行初筛评估； 3.初审后，将以电邮形式通知符合条件者面试的具体时间、地点及相关事项； 4.初审未通过的应聘者不再另行通知，三月内未收到回复的默认为未通过初审； 5.本次招聘自本通知发布之日起长期有效，欢迎海内外志同道合的科研工作者加入，与学术大咖一同致力于重大前沿学术问题的创新研究！; 个人分类: 招聘|591 次阅读|0 个评论

柔性线框模具实现微纳结构的无损伤脱模- 高精度3D打印助力水凝胶类生物材料微纳结构精准制造: heyongzju 2019-11-16 15:28; 吕尚_2019_Biofabrication_10.1088_1758-5090_ab57d8.pdf 柔性线框模具实现微纳结构的无损伤脱模- 高精度3D打印助力水凝胶类生物材料微纳结构精准制造摘要：水凝胶由于其优异的生物学性能，在生物医药，组织工程领域得到了广泛的应用。然而，高生物相容性的水凝胶通常软而脆，力学性能，成形性能差，从而难以进行微纳尺度制造。浇注脱模法是传统而有效的微纳制造工艺，但脱模时常会破坏水凝胶，产生各种微纳缺陷。究其根本原因，现有的模具和待成形结构间全面而亲密的接触导致脱模时脱模应力过大，局部的微纳结构被拉扯断裂产生缺陷。EFL团队（浙江大学贺永教授团队）提出了一种新型的模具设计思路：柔性线框模具，改原来的亲密面接触为疏远的线接触，从而实现将脱模应力降低到可以忽略的地步，实现无损伤脱模。我们发展了一套近场直写高精度3D打印方法来实现这种柔性线框模具的高效制造，可实现 500nm-100um微纳尺度结构制造。基于该方法，可方便灵活的在生物水凝胶表面构造各种微纳结构，实现了兼具优异力学性能以及亲水性的凝胶微流控芯片的高效制造，并展现了其在细胞定向，细胞行为研究、细胞图案化等方面的应用。此外，这种柔性线框模具实现无损脱模方法还可以应用到其他材料，成为软脆性材料微纳制造的一种通用方法（图1）。图1. 微线框模具，凝胶基微流控芯片制造流程及相关应用论文已被生物制造领域的顶级期刊 Biofabrication 所录用，吕尚博士生为一作，贺永教授为通讯作者。论文信息：Micro/nanofabrication of brittle hydrogels using 3D printed soft ultrafine fiber molds for damage-free demolding， Biofabrication ， https://doi.org/10.1088/1758-5090/ab57d8 课题组利用自主研发的高精度近场直写3D打印设备（ EFL-BP5800 ），通过在基底上沉积任意图案微纳尺度柔性纤维，制成柔性线框模具。随后通过浇注和无损脱模过程，实现在材料表面的微纳结构制造（如图1）。不同于传统IC工艺或者软光刻工艺中的高硬度，整体式模具，柔性线框模具由软纤维构成，并且结构可拆分。利用模具的这一特性，脱模时可不用一次性整体分离材料和模具，而是先将纤维与材料一起同基底分离，再将纤维剥离材料。由于这一过程中，纤维同材料永远是一种局部小面积接触，相较于传统方式产生的脱模应力极小，因而可以实现无损伤脱模。（如图2）图2. 传统脱模与无损脱模的模具与脱模过程对比我们分别从力学角度和有限元分析视角将我们的脱模方法同传统方法进行比较。从力学角度而言（如图3），传统脱模方式脱模应力产生的原因主要有4点：界面粘附，机械摩擦，材料弯曲产生应力以及不对称脱模对材料产生的附加力矩。而前两个因素产生的整体力与材料同模具间的接触面积成正相关，所以如何降低接触面积，成为降低应力的一个关键。我们提出的无损伤脱模正是通过让纤维与材料在分离过程中始终保持一个局部接触，来大大降低接触面积。除此之外，剥离纤维过程中，材料的弯曲几乎可以忽略，因而又可以消除弯曲应力。所以，我们提出的脱模方式可以大大降低脱模应力，实现对脆性材料的无损伤制造。接着，从有限元角度（如图4），我们建立了模拟两种脱模方式的模型，并不断增大过程中的接触面积。结果显示，无损脱模方式可以将脱模应力维持在一个相当低的水平，相反，传统脱模方式产生的应力随着接触面积的增大急剧上升，预计会在几平方厘米的范围内比无损脱模方式产生的应力高出好几个数量级。图3. 传统脱模与无损脱模宏微观力学分析对比图4. 传统脱模与无损脱模有限元分析对比为了实现可控微纳结构制造，我们探索了相应的近场直写3D打印工艺和流道成形工艺（如图5）。通过调整近场直写3D打印的工艺参数，我们可以实现500nm-100um直径的纤维以及复杂图案沉积。除此之外，我们还统计了相应的流道成形参数以及所用水凝胶的溶胀对流道参数的影响。图5. 近场直写3D打印及流道成形工艺我们首先将上述工艺制造的微结构用于实现毛细微流控（如图6）。由于整块芯片都基于水凝胶，所以其亲水性极好。加上流道的直径都在100um以下，所产生的毛细驱动力十分充足，以至于我们可以利用其在流道中自动运输液体和细胞。除此之外，我们实现了多尺度仿生血管网络的微流控芯片的灌流，展示了该工艺在器官芯片领域的应用潜力。图6. 微流控应用最后，我们通过调控流道直径来实现对细胞定向生长的诱导（如图7）。结果显示，细胞定向生长得程度与流道直径高度相关，这种现象是流道的物理限制以及细胞对环境应力响应的综合结果。图7. 细胞图案化应用; 个人分类: 论文|4082 次阅读|0 个评论

AFM:液态金属-硅胶墨水实现柔性电子的全打印制造: heyongzju 2019-10-17 09:02; AFM: 液态金属-硅胶墨水实现柔性电子的全打印制造 75 All-Printed Flexible and Stretchable Electronics with Pressing or Freezing Ac.pdf 背景：近年来，具有出色的可变形性和环境适应性的柔性电子设备在软机器人，人机接口等领域展现出了巨大的潜力。在各类柔性导电材料中，液态金属由于其高导电性和本征可拉伸性而被广泛使用。浙江大学机械工程学院贺永教授课题组，在硅胶及液态金属的可打印性上做了系列探索，如提出了液态金属/柔性材料的共生打印，通过外喷头高粘性的硅胶与内喷头的液态金属时刻接触，抑制液态金属的挤出时的成球效应从而成功实现液态金属3D打印（ ACS AMI, 2018, 10, 23208-23217 ）。开发了通用的多材料硅胶打印方法，首次报道了超过2000%拉伸率的高弹性硅胶能打印成形（ ACS AMI, 2019, 11, 23573-23583 ）。摘要：受限于液态金属大的表面张力和低的粘度，当前很难用一种简单的方式高效、高精度的打印液态金属，此外，液态金属的强流动性也使得在局部破坏发生时极易产生泄漏，进而导致柔性器件的失效，这些问题严重限制了液态金属基柔性电子设备的制造和应用。针对上述挑战，课题组提出了一种独特的液态金属-硅胶墨水和相应的多材料3D打印工艺用以制造全打印的液态金属基柔性电子设备。相关工作以题为“All-Printed Flexible and Stretchable Electronics with Pressing or Freezing Activatable Liquid Metal-Silicone Inks”在Advanced Functional Materials（IF=15.621）期刊上在线发表。周璐瑜硕士生为第一作者，贺永教授为通讯作者。 https://doi.org/10.1002/adfm.201906683 这种液态金属-硅胶墨水是一种液态金属微滴和硅胶的浓缩混合物，具有独特的电气性能：初始状态不导电，但在机械激活（按压或冷冻）后导电。激活后的液态金属-硅胶墨水继承了液态金属出色的导电性、可拉伸性和对变形灵敏的电气响应，是一种理想的柔性导电材料。同时，该墨水还具备出色的可打印性，能够在用简单的挤出打印设备实现柔性电路的高速度、高精度打印。此外，由于与常用的柔性材料——硅胶具有相同的组分，液态金属-硅胶墨水能与硅胶基底形成可靠的粘接，从而避免了局部破坏时导电材料的泄漏，提高了柔性器件的可靠性。液态金属-硅胶墨水的这些优点使得高效、高精度的打印高度可靠的液态金属基柔性电子器件成为了可能。图1. 液态金属-硅胶墨水的制备和相应的多材料3D打印工艺为了探究液态金属-硅胶墨水的激活导电机理，我们分析了其激活前后的微观结构变化，发现其激活过程本质上是分离的液态金属微滴在机械力作用下的挤压融合过程，激活后的液态金属连接形成了一个连续的导电网络。图2. 液态金属-硅胶墨水的微观结构和激活原理为了实现高速度、高精度的打印，我们探究了打印参数对打印分辨率的影响，在相应的模型指导下，使用市售的点胶针头就能够超过30mm/s的速度打印线径小于100微米的柔性电路。图3. 打印参数对液态金属-硅胶墨水打印速度和精度的影响同时，我们也系统研究了液态金属-硅胶墨水的电气性能，结果表明该墨水具有高导电性、高重复性、低滞后的优点，同时能与柔性基底形成可靠的粘接以减轻机械破坏带来的电气影响。图4.液态金属-硅胶墨水的电气性能为了展现液态金属-硅胶墨水的应用潜力，我们使用开发的多材料打印工艺和设备成功打印了一系列典型柔性电路，包括多层柔性电路、应变传感器以及可以监测手指弯曲的数据手套。同时，利用液态金属-硅胶墨水独特的激活特性，一些有趣的应用，例如按压/冰冻开关可以被直接制造，而不需要任何的复杂的结构设计。这些应用展现了液态金属-硅胶墨水在柔性电子领域出色的应用潜力。图5. 使用液态金属-硅胶墨水和相应的多材料打印工艺打印的柔性电子器件图6. 利用液态金属-硅胶墨水独特的激活特性制造的按压/冰冻开关; 个人分类: 论文|3545 次阅读|0 个评论

多尺度3D打印高生物相容性及力学强度兼具的组织工程支架: heyongzju 2019-10-16 15:09; 多尺度3D打印高生物相容性及力学强度兼具的组织工程支架 3D printed multi-scale scaffolds with ultrafine fibers for providing excellent b.pdf 组织工程支架是组织工程中常见的细胞粘附载体，提供了细胞生长发育的脚手架。从临床修复角度看，理想的组织工程支架需要兼顾生物相容性和足够的机械强度。常见的壳聚糖等生物支架通常有很高的生物相容性，却没有足够的机械强度，而像聚乳酸类支架不亲水，强度足够，生物相容性又较弱。目前思路是在支架上修饰另一材料来改善支架的生物相容性，然而涂层修饰时引入其它材料又使得该支架走向临床存在很大难度。有没有可能通过纯物理结构的调整来大幅提升原有生物支架的生物相容性？近期，浙江大学贺永教授课题组设计了一种多尺度支架，其策略是通过支架中的粗纤维（100μm左右）网络提供足够的机械强度支撑，超细纤维（2-3μm）网络提供更易于细胞粘附的微环境以促进细胞粘附，增殖。课题组还开发了用于打印多尺度支架的多尺度3D打印系统（MSDWS），可实现同一个喷头打印3μm到600μm精度的生物支架。相关论文3D Printed Multi-scale Scaffolds with Ultrafine Fibers for Providing Excellent Biocompatibility已被Materials Science Engineering C在线刊登， https://doi.org/10.1016/j.msec.2019.110269 。高庆博士后、谢超淇博士及王鹏硕士为共同一作，贺永教授为通信作者。我们阐述了多尺度组织工程支架为何能实现力学强度及生物相容性的兼顾（图1）。细胞在支架上的粘附生长，犹如一个人爬一颗大树一样，对于较粗的主干部分，人难以抱住，上升比较困难，而对于较细的支干部分，由于可以抱住整个枝干，人可以轻松地向上爬行。同样，细胞约在10微米尺寸，对其2-3微米直径的超细纤维可以轻松抓握及粘附，而对于100微米这样尺度的支架则无法轻松粘附，也就难以有很高的生物学性能。 Fig.1 多尺度组织工程支架设计思路论文中提出制造一种既具备机械强（宏尺度纤维）又可以使细胞具有良好的生长微环境（微尺度纤维）供其进行粘附，增殖，分化等的多尺度支架。结合现有组织工程制造技术（熔融沉积成型技术和近场直写技术），研发了该宏微两尺度支架的生物3D打印机，该平台的主要特点是通过控制系统的协调响应，使得通过在同一平台同一个喷头可以制造出本课题提出的组织工程支架。通过探究宏微两尺度支架制造工艺，实现宏微尺度支架制造。最后，为了探究宏微两尺度支架的体外兼容性，使用骨髓间充质干细胞（BMSCs），对制得的支架进行了体外二维细胞和三维细胞培养实验，验证其在组织工程应用上的可行性和多功能性。 Fig.2 多尺度支架制造原理。（A）多尺度支架设计示意图。细丝提供机械强度，细丝提供细胞粘附的微环境；（B）MSDWS示意图；（C）多尺度支架打印；（D）多尺度支架细胞活动上的应用。 Fig.3 FDM和EHD打印工艺表征。（A）影响纤维丝径参数示意图，包括气压，温度，打印速度；（B）（I）FDM打印中，打印参数对丝径的影响；（II）通过调整速度，粗纤维丝径从180μm变化到330μm（C）（I）EHD打印中，打印参数对丝径的影响；（II）通过速度调整，细纤维丝径从2.48μm 变化到 18.3μm；（D）EHD打印的复杂结构，包括（I）蜘蛛网状，（II）花环状，（III）蜗牛壳状。 Fig.4 MSDWS制造的多尺度支架。（A）细纤维90°填充多尺度支架；（B）细纤维45°填充多尺度支架；（C）细纤维60°填充多尺度支架；（D）打印速度和粗纤维沉积距离对多尺度支架的影响；（E）多层多尺度支架。 Fig.5 不同纤维支架机械强度表征。（A）不同纤维支架的代表性拉伸应力/应变曲线；（B）不同纤维支架的拉伸模量；（C）不同纤维支架的代表性压缩应力/应变曲线；（D）不同纤维支架的压缩强度。 Fig.6 多尺度支架生物相容性分析。（A）多尺度支架BMSCs种植和培养示意图；（B）多尺度支架和宏尺度支架细胞粘附对比图；（C）多尺度支架和宏尺度支架细胞增殖对比图；（D）第1,3,5和7天，多尺度支架细胞形态改变和相互作用；（E）细胞迁移到粗纤维上并覆盖多尺度支架所有纤维。 Fig.7 基于协同增强效应，包裹GelMA水凝胶的支架3D细胞培养。（A）BMSCs种植和培养示意图；（B）第一天BMSCs活死染色荧光图表明其圆形形态；（C）第七天细胞骨架图表明其伸展；（D）细胞荧光骨架染色图表明BMSCs迁移至细丝上。 SEM，共聚焦和力学测试等相关测试及评价均在苏州智能制造研究院测试中心进行。研究工作获得了国家自然科学基金、国家自然科学基金创新研究小组基金与中国博后科学基金的资助，特此表示感谢。; 个人分类: 论文|4298 次阅读|0 个评论

3D打印构建全血管网络及肿瘤-血管相互作用初探 Materials Horizons: heyongzju 2019-8-31 11:51; 3D 打印构建全血管网络及肿瘤-血管相互作用初探Materials Horizons Construction of multi-scale vascular chips and modelling of the interaction between tumours and blood vessels MH 血管论文.pdf 摘要：人体的营养输送、药物作用、肿瘤迁移等主要依赖血供系统，因而血供循环系统（动脉-毛细血管-静脉）的体外重建可为从整体角度模拟人体的各种生理行为提供可能。这个系统重建主要有两个要点：1）尺寸上要包含数mm的血管到数10微米的毛细血管这样一个多级网络；2）这个多级网络要具有血管的很多生理功能。在载有细胞的生物材料（水凝胶）内建立完整的血供循环系统（动脉-毛细血管-静脉）对构建体外生理病理模型具有十分重大的意义。但是现有的血管构建手段普遍局限在某一特定的尺度范围内，并且对于毛细血管网络的重现十分有限，大多依靠昂贵的化学诱导。此外，迄今为止缺乏一种灵活构建个性化组织器官体外模型的通用方法，这严重制约了疾病研究以及药物开发的进展。有没有可能发展出可以同时构造包含大血管和毛细血管的整个血管网络的新方法？有没有可能发展出一种可以灵活构建具有个性化结构和功能的体外模型的新方法？考虑到水凝胶材料有优异生物兼容性，这几年浙江大学机械工程学院贺永教授课题组一直在探索直接基于水凝胶直接构造微流控芯片以及体外组织/器官模型。包括用生物 3D 打印的方法直接打印血管网络结构（ Biomaterial,2015, 61, 203-215; ACS biomaterials science engineering,2017, 3, 399-408 ; Small,2018, 14, 1802630;Small, 2018,14, 1802187 等），利用水凝胶的交联特性提出了水凝胶微流控芯片全新的封装思路，二次交联封装方法（ Small ， 2018 ， 14 , 1802368 ）。近期课题组发明了一种在水凝胶材料上制造多级血管网络的新方法：通过课题组研发的高精度3D打印机打印多级的流道网络模板，利用二次交联原理实现水凝胶流道的封装。我们成功的在体外重建的完整的血供网络（动脉-毛细血管-静脉），以及高度分叉网络，螺旋血管，血管狭窄等。建立了具有功能性血管网络的大块乳腺肿瘤组织。考虑到目前肿瘤致病机理研究一直缺乏可靠的体外平台，我们还探究了一个设想：有无可能在体外观测到肿瘤的转移行为？（肿瘤细胞何时能侵入血管，何时又再穿透血管实现肿瘤转移？）为此我们基于多级血管网络构建了一个血管-肿瘤共培养模型，为研究肿瘤和血管之间的相互作用提供了新思路。在此模型上进行了肿瘤细胞的迁移模拟，抗肿瘤药物的筛选，以及肿瘤发展过程的模拟。内置血管为研究肿瘤细胞跨内皮行为以及血管对药物的屏障功能提供了可行的工具。这一新方法还可用于构造更多有意义的体外模型，有望广泛应用于含血管结构的体外病理模型的构建中。相关论文“ Construction of multi-scale vascular chips and modelling of the interaction between tumours and blood vessels ”已被 RSC 杂志社的旗舰期刊 Materials Horizons （ IF=14.356 ）录用。聂晶博士生、高庆博士后及谢超淇博士生共一，贺永教授为通讯作者。 https://doi.org/10.1039/C9MH01283D 图 1. 多尺度血管芯片构建流程（ 1 、多级流道网络设计； 2 、高精度模版打印； 3 、水凝胶浇注； 4 、模版去除； 5 、通过二次交联键合上下两片水凝胶； 6 、细胞加载）课题组产业化近场直写3D打印机（论文中高精度模版打印设备）图 2. 高精度 3D 打印相关工艺参数与流道网络图案（融合了挤出及近场直写两种 3D 打印工艺，可实现 5 μ m 的打印精度）为了验证此方法构造多尺度结构的可行性以及个性化结构的灵活性，研究者分别构建了不同尺度的血管流道，并构造了多种具有生理学意义的形态的血管模型：分叉血管网络、螺旋血管、血管狭窄。图 3. 具有不同尺度和形态的内皮化流道为了验证此方法用于构建大块血管化组织的能力，研究者利用此方法构建了一个包含有内部功能化血管网络的乳腺肿瘤组织，内部血管网络展现出血管的生理学和病理学功能。图 4. 血管化的肿瘤组织模型为了初步探索肿瘤组织与血管之间的相互作用，研究者设计并构造了一个平行流道模型用于肿瘤组织和血管的共培养。并在此模型上模拟了肿瘤细胞的迁移行为，以及血管对抗肿瘤药物的内皮屏障功能。图 5. 肿瘤细胞迁移和抗肿瘤药物筛选肿瘤的发展经历了一系列阶段，借助于平行流道模型，研究人员重现了肿瘤发展过程中的几个关键步骤：原位肿瘤形成，肿瘤血管化，以及肿瘤细胞向血管的迁移。图 6. 肿瘤发展过程模拟本研究提出了一种多尺度血管芯片，并提供了一种灵活构建带有血管结构的生理模型的通用策略。借助于此结合多尺度三维打印以及二次交联的工艺，科研人员将能够构建一系列体外模型用于生物医学研究，如肿瘤发展过程的研究，肿瘤和血管相互作用的探索，以及抗肿瘤药物的筛选等。研究工作获得了国家优秀青年基金、国家基金两化融合联合基金重点、国家重点研发计划的资助，特此表示感谢。; 个人分类: 论文|3793 次阅读|0 个评论

3D打印超高精度生物支架实现纯支架结构调控细胞生长: heyongzju 2019-8-4 21:02; 3D 打印超高精度支架实现纯支架结构调控细胞生长摘要：常规3D打印聚合物，精度只能控制在100-200微米量级（主要指打印出的纤维直径），考虑到细胞的尺寸在10微米左右，如果打印一个生物支架，100微米粗的柱子对10微米尺寸的细胞就有点像一座大山，细胞爬满整个支架的效率很低。如果将支架丝径降到接近乃至小于细胞尺度，会有什么有趣的现象呢？我们引入了近场直写打印方法，打印了异质支架（可控直径、可控密度、可控硬度），所打印的异质支架丝径可从3微米-50微米可控，用这个支架，我们研究了细胞与支架的相互作用，发现了细胞可以像竹子一样定向生长，随着结构的变化，细胞在支架上有多种未见报道的现象。作为细胞的载体，组织工程支架被广泛应用于三维细胞培养。而支架与细胞的相互作用也在组织工程领域引起广泛关注，支架的刚度、孔径等因素会显著影响细胞的粘附、增殖、分化等。而传统的3D打印支架由于纤维直径远大于细胞尺寸，无法产生上述的相互作用；具有超细纤维的静电纺丝支架则由于纺丝过程不可控，只能获得均匀结构。浙江大学贺永教授课题组提出了一种基于近场直写的力学强度可调、丝径与孔径可控的非均质支架（MEWHS），通过调控支架结构诱导细胞的特定生长。区别于传统的静电纺丝（纤维不可控）与熔融沉积的3D打印（纤维直径太大），近场直写技术能够实现超细纤维（几微米到几十微米）的可控沉积。通过对近场直写路径的规划，可以调节支架各部分的孔径大小，调节细胞的粘附与生长速度。由于近场直写获得的纤维与细胞大小相仿，细胞的粘附将对纤维的直径变化非常敏感。通过对打印过程中各项参数调控，纤维直径能快速变化，辅以粗细纤维的特定排布，细胞在支架上将呈现不同的生长形态。图 1. 非均质支架原理示意图不同细胞具有不同大小与形态，即使在同一支架上也会呈现不同形态。如BMSCs（骨髓间充质干细胞）通常能伸长超过100微米甚至200微米，而HUVECs则通常小于100微米。在孔径为200微米的支架上，BMSCs会直接跨过孔隙，在纤维之间“搭桥”，而HUVECs则会沿着纤维粘附，先把方孔围城圆形，再渐渐填满。图 2. 不同尺寸细胞在支架上的形态差异利用近场直写的可控沉积，制造的支架可以具有不同的孔径与孔隙形状，为之后更深入研究细胞-支架相互作用提供可能。在实验中，接种了HUVECs的非均质支架，不同区域的细胞数量在第7天有了明显的区别。图 3. 孔隙不同的支架与细胞增殖的差异研究人员探索了对纤维直径产生影响的多种因素，最后选择速度作为打印过程中控制直径的主要变量，实现在均匀的孔径下实现支架的非均质特性。在这种情况下，支架的不同区域具有不同力学强度，在不同方向的受力作用下，将产生不同程度的变形。通过更细致的直径调控，粗细纤维能组成复杂图案，如五角星、太极、求是鹰的图案（细纤维肉眼观察比粗纤维更透明）。图 4. 可控的纤维形成的具有不同力学强度与图案的支架纤维直径不同也会对细胞粘附产生影响，细胞在接触粗纤维时更倾向于整体粘附与粗纤维表面，以圆形方式填充孔隙；而在接触细纤维时细胞则更倾向于以一端缠绕细纤维，进而形成“搭桥”。由此，细胞在特定排布的粗细纤维上，产生了明显的定向生长趋势。图 5. 细胞在特定粗细纤维排布上产生的定向效果图6 课题组所产业化的高精度生物3D打印机EFL-BP5800 本研究提出了一种非均质支架，并提供了通过设计特殊支架结构来诱导细胞生长的策略。借助于高精度的非均质支架，科研人员将能够更好地模拟体内复杂的环境。相关论文“ Structure-induced cell growth by 3D printing of heterogeneous scaffolds with ultrafine fibers” 已被Materials Design 录用。 DOI：10.1016/j.matdes.2019.108092; 个人分类: 论文|5644 次阅读|0 个评论

ACS AMI：通用的3D打印多材料高弹性硅胶方法: heyongzju 2019-6-19 22:24; ACS AMI：通用的3D打印多材料高弹性硅胶方法 Multimaterial 3D Printing of Highly Stretchable Silicone Elastomers 论文链接： http://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.9b04873 71 Multimaterial 3D Printing of Highly Stretchable Silicone Elastomers.pdf 摘要：硅胶及硅橡胶（PDMS）等典型的软物质材料在柔性电子、医疗器械、可穿戴设备及柔性机器人等领域有广泛的应用。然而当前的大部分硅胶材料由于长固化时间及低粘度特性，并不适合3D打印。本论文给出了硅胶及PDMS类软材料的一种通用3D打印解决方案，可实现各种硅胶的高效、高质打印而不改变原有的力学性能。我们建立了打印的理论模型，系统地分析了硅胶类高弹性体的可打印性，引入了纳米二氧化硅来改善流变及可打印性。我们首次报道了超过2000%拉伸率的高弹性硅胶能高质量通过3D打印成形。为了展示多材料3D打印的前景，我们打印了了医疗假体、数据手套及软体机器人用人工肌肉，我们相信系统的解决各种硅胶的3D打印，将会为软材料的广泛应用提供支撑。硅胶弹性体由于出色的柔性和生物相容性，广泛应用在医疗假体，柔性电子设备和软机器人等领域。但是，受限于其较低的粘度和较长的固化时间，大量的高性能硅胶弹性体无法高精度打印。为了解决硅胶弹性体的打印难题，我们提出了一种硅胶 3D 打印策略，从材料、设备和工艺三个角度系统研究了目前硅胶 3D 打印面临的技术困境，并提出了相应的解决方案。具体来说，我们通过添加流变改性剂（纳米二氧化硅）来改善硅胶的可打印性，利用边混合边打印的喷头实现了打印时间的无限延长。同时，为了提高打印的速度和精度，我们建立了打印过程的理论模型，利用该模型，硅胶打印的精度可以被准确的预测和控制。这个全面的策略为 3D 打印硅胶的应用提供了有力的指南。图 1. 硅胶 3D 打印策略的总体框架为了使硅胶可打印，我们在市售的硅胶中添加了纳米二氧化硅作为流变改性剂。分散在硅胶中的纳米二氧化硅颗粒会与硅胶分子链产生弱的相互作用，使得材料体系的粘度显著增加。而在剪切力作用下，这些相互作用会被破坏，从而使得材料体系的粘度降低。基于这个原理，硅胶就能在挤出打印后保持设计的形状而不发生结构坍塌。同时，市售的双组分硅胶在室温下也会缓慢固化，如果将硅胶事先混合好再打印，那么可打印的时间将会被严重限制。因此，我们使用了一种实时混合的打印头。在这个打印头中，硅胶的两种组分被分开储存，而在打印时被同时挤出并在混合叶片的辅助下充分混合。用这种方式，硅胶的打印时间就能无限地延长。图 2. 硅胶 3D 打印的材料改性策略一个可靠的理论模型对于提高硅胶 3D 打印的精度和速度是至关重要的，在这项工作中，我们建立了挤出打印过程的理论模型，通过控制气压、喷嘴直径和打印速度，打印的精度可以被准确的预测和控制。而通过选择合适的气压和喷嘴，就能在保持打印精度的同时，有效地提高打印的速度。图 3. 硅胶 3D 打印过程的理论模型更值得一提的是，我们提出的这个策略对于不同种类的硅胶是通用的。无论是热固化硅胶还是光固化硅胶，亦或是不同硬度的硅胶，均可以使用这个策略进行打印。一些具有出色力学性能的硅胶，例如可以被拉伸到 2000% 的硅胶，也被成功地打印成复杂的二维 / 三维结构。图 4. 高弹性硅胶 3D 打印及复杂结构精确打印最后，我们使用这项策略打印了一系列的柔性电路和人工肌肉，展现了它在柔性电子和软机器人等领域出色的应用潜力。图 5. 使用硅胶打印的柔性电路图 5. 使用硅胶打印的人工肌肉题为“ Multimaterial 3D Printing of Highly Stretchable Silicone Elastomer ”的相关论文已发表在 ACS Applied Materials Interfaces (IF=8.1) 上，周璐瑜硕士为第一作者，贺永教授为通讯作者。论文链接： http://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.9b04873; 个人分类: 论文|6009 次阅读|0 个评论

[转载]电纺3D打印制备含同轴静电纺丝多层软骨复合体: ucalery 2019-5-10 16:05; 易丝帮讯近日，上海交通大学医学院附属第九人民医院乔之光等人采用同轴静电纺丝3D打印技术，可以精确的控制纤维直径与打印路径，且较普通喷涂式打印极大地提高打印精度，单丝直径最细可达10μm，而同轴纺丝技术则可使我们获得内层含有细胞因子的双层纤维，在支架上分层诱导相应种子细胞向所对应层次的细胞分化，最终形成类似于正常软骨组织的成分层次结构。该方法所获得的复合体具有类似正常关节软骨组织的分层结构，且结构精度高，负载细胞因子有利于促进细胞增殖分化，利于软骨损伤的修复。　　据悉，关节软骨的损伤及退变是一种非常常见的疾病形式，也是骨科临床工作中主要面对的问题之一，随着我国人口老龄化的不断加重，且由于关节软骨乏血管及自身修复能力差的特点，因关节软骨损伤及退变而导致的各种疾病的发生率也逐年升高。因此，如何干预或诱导软骨损伤的修复成为了现在研究的重点。对于软骨损伤，目前的治疗方法主要为微骨折术或软骨移植术，但前者所形成软骨功能较差，而软骨移植术则限于供体区域不足。因此，在之前部分研究采用可吸收支架，负载干细胞或细胞因子后移植于损伤区域。但这种方法，所生成的软骨不存在正常软骨的分层结构，因而，在功能上不能提供正常软骨的耐摩擦及支撑作用，容易再次损伤并引起症状，因此，除了提高手术技巧和康复计划外，需要一种有效的方法使得软骨的正常结构和功能得到重建与修复。图1多层软骨复合体支架的制作流程图。　　与现有技术相比，该发明的有益效果是：该方法采用同轴静电纺丝3D打印技术，可以精确的控制纤维直径与打印路径，且较普通喷涂式打印极大地提高打印精度，单丝直径最细可达10μm。而同轴纺丝技术则可使我们获得内层含有细胞因子的双层纤维，在支架上分层诱导相应种子细胞向所对应层次的细胞分化，最终形成类似于正常软骨组织的成分层次结构，该方法所获得的复合体具有类似正常关节软骨组织的分层结构，且结构精度高，负载细胞因子有利于促进细胞增殖分化，利于软骨损伤的修复。　　附：专利信息　　专利名电纺3D打印制备含同轴静电纺丝多层软骨复合体申请公布号 CN 109701079 A 申请公布日 2019.05.03 申请号 201910073896 .9 申请日 2019 .01 .25 申请人上海交通大学医学院附属第九人民医院发明人乔之光　韩煜　戴尅戎　孙彬彬　连梅菲　唐佳昕链接地址： http://www.espun.cn/news/detail-802.html 文章来源：易丝帮; 822 次阅读|0 个评论

采用含多喷嘴的同轴喷头装置生物CAD/CAM/3D打印综合成型系统: ucalery 2019-1-13 16:41; 易丝帮讯近日，上海大学胡庆夕老师等人发明公开了一种采用含多喷嘴的同轴喷头装置生物CAD/CAM/3D打印综合成型系统，用于组织工程结构生物3D打印技术领域。通过采用含多喷嘴的同轴喷头装置，结合生物CAD/CAM/3D打印综合成型系统，利用气体辅助压力供料，由“时间-压力”模型挤出成型工艺原理，经由控制系统控制成型台、三维运动机构的运动、喷射装置的喷料以及静电纺丝装置的喷料，实现多物质组分在三维支架空间定点定量挤出制作具有复杂外形轮廓的生物结构体支架，并能实现生物材料、细胞、生长因子等多组分材料的多梯度打印，对组织工程支架的复杂梯度制备具有重要意义。该系统具有可控性好、高度自动化、简单可靠、工艺性好、生产成本低、安全性高。　　生物3D打印是生命科学、材料科学、制造科学交叉融合的新兴产物，在生物体外构建具有一定生物功能的组织和器官，用于病损组织和器官的修复与替代。细胞在组织工程支架上的粘附和生长一直以来是这一领域的研究热点，实现了细胞的良性生长，组织工程结构才可能具有临床意义。此外，构建复杂组织结构的技术也是组织工程研究的主要热点方向之一。使构建的人工组织及器官更贴近原生组织成分以及更好地模拟人体的实际生理微环境一直是近年来组织工程技术研究努力的方向。　　针对现有技术的不足，配合采用同轴多喷嘴装置生物CAD/CAM/3D打印综合成型系统设计了一款内含多喷嘴的同轴喷头机械结构，通过气体辅助压力供料由“时间-压力”模型实现壳层粘稠性较大纤维的连续挤出与芯层多个喷头离散喷射液滴，将两种喷射方式相结合，并与静电纺丝工艺进行复合。整套装置具有简单可靠、自动化程度高、可控性好、工艺性好、生产成本低、安全性高、易于维护与清洗等优点，且能实现多种功能性物质的空间定点定量的加载，成型具有复杂三维结构多物质组分的生物结构体支架。图1含多喷嘴的同轴喷头装置生物CAD/CAM/3D打印综合成型系统的实施例结构示意图。图2含多喷嘴的同轴喷头喷射装置的结构示意图。图3 喷射装置芯层90°弯的定位以及夹紧结构示意图。图4 喷射装置芯壳层的结构示意图。图5“时间-压力”型供料系统示意图。图6整个系统复合的简易工艺流程。在图1至图4中：1—X轴运动机构 2—Y轴运动机构 3—Z1轴运动机构 4—Z2轴运动机构 5—横梁 6—微量泵 7—同轴喷头装置 8—成型台 9—下定位板 10—下支撑板 11—上支撑板 12—上定位板 13—针筒 14—芯壳层筒套连接棍 15—芯层针筒套16—紧固螺栓 17—壳层针筒套19—紧固螺钉 20—同轴喷头支撑板块21—紧固螺栓 22—喷头装置总出料口针头 23—芯层90°弯的供料喷嘴 24—流体上通道 25—流体下通道 26—计算机系统 Ⅰ—三维运动机构 Ⅱ—喷射装置 Ⅲ—控制及数据处理系统 Ⅳ—静电纺丝装置　　该发明所述系统利用含多喷嘴的同轴喷头喷射装置、静电纺丝装置、三维运动机构以及控制系统通过气体辅助压力供料由“时间-压力”模型实现壳层粘稠性较大纤维的连续挤出与芯层多个喷头离散喷射液滴，两种喷射方式相结合，从而实现具有复杂外形轮廓多组分在三维支架空间定点定量挤出的生物结构体支架制作，以及实现生物材料、细胞、生长因子等多组分材料的多梯度打印。该系统具有结构简单可靠、自动化程度高、易控制、安全性高、易于维护与清洗等优点。　　附：专利信息　　专利名采用含多喷嘴的同轴喷头装置生物CAD/CAM/3D打印综合成型系统申请公布号 CN 109177147 A 申请公布日 2019.01.11 申请号 201811007717 .3 申请日 2018 .08 .31 申请人上海大学发明人胡庆夕　苏彩平　张海光　谢明亮　江彪链接地址： http://www.espun.cn/news/detail-644.html 文章来源：易丝帮; 1031 次阅读|0 个评论

江南大学：一种基于静电纺原理的3D打印装置及打印方法: ucalery 2018-10-29 16:37; 易丝帮讯近日，江南大学肖学良等人明公开了一种基于静电纺原理的 3D打印装置及打印方法，装置包括微量注射泵；微量注射泵的注射出口连接至打印喷头的原料接收口之上；打印喷头固定于三维空间移动框架之上；还包括位于打印喷头下方的接收平台；还包括高压电源；高压电源的正极连接在打印喷头之上；高压电源的负极连接在接收平台之上；所述接收平台的平面分隔为多个栅格单元；在接收平台下方安装有电压控制装置，控制每个栅格单元的电压。该发明首次提出将静电纺丝技术与3D打印技术相结合理念，从而实现功能更加全面的3D打印装置。　　熔融沉积制造技术(FDM)是将低熔点丝状材料通过热熔喷嘴加热挤出，同时三维喷头按照CAD分层数据控制的路径在指定位置沉积，快速冷却后形成一层截面，平台下降一个高度打印下一层，如此反复、逐层沉积，凝固成型后形成整个实体原型。目前常见的FDM喷头为0 .4mm，同时采用的丝材为1 .75mm，然而由于层与层之间的凝固沉积，打印喷头与平台的移动精度较低等因素导致了成型件外观较差，表面有明显的层状条纹，同时Z轴方向力学性能差等缺点。另一方面，FDM由于只能打印ABS、PLA塑料等少量热塑性材料，在打印材料选择方面受到了极大的限制。　　光固化成型技术(SLA)，利用液态光敏材料在紫外线的照射下转变为固态聚合塑胶的特性，结合电脑三维图像，成型时，紫外光束在聚合物液面逐层扫描，照射表面逐层相互固化，最终形成立体模型。然而光固化成型技术可以使用的材料仅限于光敏液态树脂，且固化时间较长，同时打印需要设计支撑结构，技术具有一定局限性。因此，针对现有技术的不足，该发明公开了一种基于静电纺原理的3D打印装置。图1 基于静电纺原理的3D打印装置的正视图。图2 基于静电纺原理的3D打印装置的立体图。图3 四喷头打印装置的喷头俯视图。图4 四喷头打印装置的喷头立体图。图5 微量注射泵和打印喷头安装为一体的示意图。图6 一体式喷头和辅助固化装置的示意图　　该发明的有益技术效果是：相比现有的3D打印装置，在该发明专利中，首次提出将静电纺丝技术与3D打印技术相结合理念，从而实现功能更加全面的3D打印装置。通过静电纺丝的注射泵作为原料供给系统，拓宽了3D打印材料的选择范围，可打印液态、胶态与固态的各类高聚物材料。同时利用高压电场环境与变化电压控制平台，相比普通3D打印技术，可实现更加快速、精确可控、微米级打印铺层打印，成型件层间结合力跟高，外观细腻，无需再次打磨处理，同时也可解决3D打印对重力条件的要求，实现零重力或重力变化环境下的3D打印。另外，通过打印得到纳米级纤维薄膜，实现小分子颗粒过滤；多喷嘴打印系统可实现多材料、多添加剂打印，增加了产品的设计性和功能性。　　附：专利信息　　专利名一种基于静电纺原理的3D打印装置及打印方法申请公布号 CN 108688148 A 申请公布日 2018.10.23 申请号 201810492952 .8 申请日 2018 .05 .22 申请人江南大学发明人肖学良　刘良强　钱坤　卢雪峰链接地址： http://www.espun.cn/news/detail-493.html \0 文章来源：易丝帮 \0; 1216 次阅读|0 个评论

静电纺丝纳米支架：三维支架结构的可控制造: heyongzju 2018-7-29 14:52; 静电纺丝纳米支架：三维支架结构的可控制造摘要：静电纺丝制造纳米丝及膜被广泛应用于组织工程、纳米材料、传感等领域中。然而常规静电纺丝难以获得形状可控的三维结构。实验室通过将静电纺丝与3D打印相结合，基于发泡的原理，将静电纺丝膜置于打印的模具中，通过可控发泡实现了三维纳米支架的可控制造。该方法在组织工程、传感界面等研究中有广泛的应用前景。 58 Fabrication of electrospun nanofibrous scaffolds with 3D controllable geometr.pdf 静电纺丝技术可以高效快速的制造纳米纤维及纳米膜结构，被广泛应用于纳米材料及组织工程中。然后如何将静电纺丝获得的一维及二维结构拓展到三维，一直缺乏很好的方法。本团队与赵朋教授团队合作，借鉴机械中的发泡成形工艺，对二维的纳米膜结构进行可控发泡，成功实现了各种三维纳米结构的制造。该技术可与生物 3D 打印很好的结合，实现在三维空间上细胞的可控定向打印。图 1 纳米 3D 支架的制造过程图2 各种可控的纳米三维支架图3 纳米三维支架的形貌图4 细胞在3D纳米支架上的扩展增殖; 个人分类: 论文|5094 次阅读|0 个评论

ACS Applied Materials&Interface, 3D打印液态金属基柔性电子: heyongzju 2018-6-28 13:13; ACS Applied MaterialsInterface, 3D 打印液态金属基柔性电子 57 Three-Dimensional Printed Wearable Sensors with Liquid Metals for Detecting t.pdf 摘要：液态金属是指常温下呈液态的金属材料，典型液态金属是镓铟合金，终结者电影中的T-1000就是想象的液态金属机器人。由于液态金属导电性强、流动性好，基于液态金属的柔性电子获得了众多研究的关注。然而对成型而言液态金属的两大缺点束缚了其应用：（1）高表面张力导致其制造时易成球，这一特性也使得液态金属无法直接进行3D打印；（2）易氧化导致易在表面成膜，影响其传感特性。目前主流的柔性电子制造方法都无法很好的解决这两个问题，课题组探索了一个全新的思路，液态金属/柔性材料的共生打印。本研究受到国家优秀青年基金、浙江省杰出青年基金项目资助。当前主流的液态金属基柔性电子制造方法为微流道注入法与印刷法，两种方法各有优点，又各有局限，但总的来说都无法实现柔性传感器的直接制造。现有一些论文也报道了液态金属的打印工艺，但其思路主要是利用了液态金属易氧化特性，通过打印表面的氧化膜来固定液态金属。浙江大学浙江省三维打印工艺与装备重点实验室研究人员（本团队），经过两年多的探索，提出了全新的研究思路：液态金属 / 柔性材料的共生打印，采用同轴喷头的外喷头挤出柔性硅胶材料，内喷头挤出液态金属。其打印机理是通过外喷头高粘性的硅胶与内喷头的液态金属时刻接触，抑制液态金属的挤出时的成球效应从而成功实现液态金属 3D 打印，同时柔性硅胶材料还起到隔绝空气，避免液态金属性能退化及作为液态金属传感器的柔性封装材料。基于该方法可实现并用该同轴纤维构造复杂的二维 / 三维柔性电路。在此工艺的基础上，为了充分展示本共生打印的前景，我们设计提出了一种多功能柔性电感传感器，可实现以测量拉伸、弯曲等多种变形形式，具有出色的综合性能，通过长时间、大次数、高温度范围的实验证明了传感器出色的可靠性和稳定性。最后，使用该传感器可高精度的测量手指弯曲以及内窥镜末端执行器弯曲度，证明了该传感器可以应用于可穿戴设备和蛇形机器人位姿检测等领域。 \0 \0 图 1. 基于液态金属的柔性电子 3D 打印原理 \0 \0 图 2. 打印的电感传感器可准确捕捉手指的状态 \0 \0 图 3. 打印的柔性电子器件可准确检测腹腔镜上末端执行器各种位姿 \0 \0 图 4. 打印的各种三维柔性电子（柔性导线、柔性三维电路、负泊松比电路等）目前该工作已在 ACS 旗下的 ACS Applied MaterialsInterface 期刊发表，题为“ Three-Dimensional Printed Wearable Sensors with Liquid Metals for Detecting the Pose of Snakelike Soft Robots ”， DOI: DOI: 10.1021/acsami.8b06903; 个人分类: 论文|7362 次阅读|0 个评论

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标签: 3D打印

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