现有3D打印水凝胶方法的对比分析
更新时间: 2021-08-03 15:35:07 查看次数: 337
现阶段针对水凝胶的3D打印方法主要包括以上三种，三种方法在各自擅长的领域发挥着不可或缺的作用。根据打印速度、打印精度、打印材料的扩展性对这三种打印方法进行讨论。实际上打印速度与打印精度之间有着直接的关系。但在相同打印精度的情况下，因为成型机理的原因，墨水直写打印方法只能通过线形成面，最后再由面组成体，比数字光固化技术直接投影固化一个面的速度慢。而双光子打印方法一般用来成型微纳结构，如果三者用来打印相同体积的结构，双光子的打印速度是最慢的。
另一方面，双光子打印技术是为打印微纳结构而诞生的，所以双光子打印技术的精度是最高的（打印水凝胶的精度大约为200nm）。墨水直写3D打印方法的精度一般是由挤出喷头的直径以及喷头的相对移动速度决定的。Lewis等曾用墨水直写打印的方法打印了精度为1μm的水凝胶支架用来诱导细胞的生长。数字光处理打印水凝胶的机理一般是通过吸收一个短波长的紫外光子来引发聚合，但由于紫外光穿透能力差，它能提供的分辨率不能超过几微米。Ge等利用数字光处理技术打印过7μm的水凝胶网格。虽然墨水直写与数字光处理技术有着接近的打印精度，但是因为数字光处理技术是实时固化材料，在高精度的打印情况下有着更好的稳定性。
双光子打印技术对材料的要求最高，它需要材料满足双光子吸收的条件。这项技术发展之初主要是打印高性能光刻胶之类的材料，打印水凝胶主要集中在聚乙二醇基的水凝胶中。因此双光子打印技术对材料的可扩展性最差。数字光处理打印技术主要针对光引发的水凝胶，因此对水凝胶引发剂的种类做出了限制。而且该方法对引发剂的要求较高，对于含有大量水的水凝胶体系而言，光引发剂需要尽可能的溶于水而且需要快速的交联水凝胶网络体系。不仅如此，数字光处理打印技术还需要光敏树脂有良好的流平性，因此数字光处理打印技术不适用于水凝胶中添加功能性颗粒，如磁性颗粒等。相比之下，墨水直写打印方法有着更好的材料可扩展性。该方法只需要在打印之前对水凝胶前驱液进行流变调节，之后不限制引发剂种类，也可以后续添加功能性颗粒。
另一方面，双光子打印技术是为打印微纳结构而诞生的，所以双光子打印技术的精度是最高的（打印水凝胶的精度大约为200nm）。墨水直写3D打印方法的精度一般是由挤出喷头的直径以及喷头的相对移动速度决定的。Lewis等曾用墨水直写打印的方法打印了精度为1μm的水凝胶支架用来诱导细胞的生长。数字光处理打印水凝胶的机理一般是通过吸收一个短波长的紫外光子来引发聚合，但由于紫外光穿透能力差，它能提供的分辨率不能超过几微米。Ge等利用数字光处理技术打印过7μm的水凝胶网格。虽然墨水直写与数字光处理技术有着接近的打印精度，但是因为数字光处理技术是实时固化材料，在高精度的打印情况下有着更好的稳定性。
双光子打印技术对材料的要求最高，它需要材料满足双光子吸收的条件。这项技术发展之初主要是打印高性能光刻胶之类的材料，打印水凝胶主要集中在聚乙二醇基的水凝胶中。因此双光子打印技术对材料的可扩展性最差。数字光处理打印技术主要针对光引发的水凝胶，因此对水凝胶引发剂的种类做出了限制。而且该方法对引发剂的要求较高，对于含有大量水的水凝胶体系而言，光引发剂需要尽可能的溶于水而且需要快速的交联水凝胶网络体系。不仅如此，数字光处理打印技术还需要光敏树脂有良好的流平性，因此数字光处理打印技术不适用于水凝胶中添加功能性颗粒，如磁性颗粒等。相比之下，墨水直写打印方法有着更好的材料可扩展性。该方法只需要在打印之前对水凝胶前驱液进行流变调节，之后不限制引发剂种类，也可以后续添加功能性颗粒。
综上所述，利用双光子技术打印水凝胶应用的领域比较受限，更多研究者偏向于使用墨水直写和数字光处理的方式打印水凝胶。墨水直写打印方法有着更好的材料拓展性，而数字光处理的方法有更快的打印速度和更好的打印稳定性，我们可以根据不同的实际需求去选择合适的打印方法。