研究人员3D打印复合晶格结构使用液晶弹性体

生物组织在数千年中已经演变为对其特定功能的特定功能进行完美优化。以软骨为例。这是一种符合性的弹性组织，足够柔软，足以缓冲接头，但足够坚固，可以抵抗压缩并承受我们身体的大量负载：奔跑，跳跃和日常磨损的钥匙。

创建真正与生物组织的特性和行为相匹配的合成替代品并非易事。但是，科罗拉多大学丹佛分校的科学家由机械工程师教授克里斯·亚卡基（Chris Yakacki）博士领导，是第一个使用液晶弹性体（LCE）（LCES）创建的设备，最终可以模仿软骨和其他生物组织。

CU丹佛团队，包括Kai Yu教授，博士学位，博士后Devesh Mistry，PhD和博士生尼古拉斯·特拉古特（Nicholas Traugutt），以及中国南部科学技术大学的科学家，本周在《杂志》中报道了其发现的结果亚博老虎机网登录高级材料亚博网站下载。

LCES制造的革命

Yakacki是在CU Denver的智能材料和生物力学（SMAB）实验室中工作的，他于亚博网站下载2012年开始与LCES合作。软，多功能材料以其弹性和非凡的能力而闻名。2018年，Yakacki获得了NSF职业奖，以彻底改变LCE的制造性和几轮资金，以发展为足球头盔的震惊吸收者。即使那样，他知道它的申请可能会进一步发展。

“每个人都听说过液晶，因为您在手机显示器中凝视着它们，”雅卡奇说。“而且您很可能听说过液晶聚合物，因为那正是凯夫拉尔。我们的挑战是让它们进入柔软的聚合物，例如弹性体，将它们用作减震器。这就是您沿着复杂性的层次降低。”

LCE很难操纵。到目前为止，大多数研究人员可以创建具有最小细节的大型物体，或者实际上微观结构的细节很高。但是，与电话屏幕一样，未来的大型设备是未来的。Yakacki和他的团队的化学药品和印刷过程将困难降至近零。

照亮蜂蜜状的树脂

在他们的研究中，Yakacki和他的团队探索了一个名为Digital Light Processing（DLP）的3D打印过程。该团队开发了一种类似蜂蜜的LC树脂，当用紫外线击中时，可以治愈 - 在一系列薄的光聚合物层中形成新键。最终固化的树脂形成柔软，坚固且兼容的弹性体。当用晶格结构印刷（类似于蜂窝状的构图）时，就开始模仿软骨。

该小组打印了几个结构，包括一朵微小的详细莲花和脊柱融合笼的原型，创造了最大的LCE设备，最细节。与从市售可获得的可光耐光化弹性体树脂相比，树脂和打印过程的组合还导致了速率依赖性的12倍，并高达27倍的应变能消散。

从足球头盔到脊椎

展望未来，这些结构有多种应用，例如吸收震动的足球头盔泡沫，甚至是脚趾的小生物医学植入物。Yakacki对其在脊柱中的可能性感到最兴奋。

LCE脊柱笼原型

“脊柱充满了挑战，这是一个很难解决的问题，”雅卡奇说。“人们尝试制作合成的脊柱盘，但他们没有做得很好。3D打印以及我们从中获得的高分辨率，您可以完全匹配一个人的解剖结构。有一天，我们可能会成为能够种植细胞以修复脊柱，但是就目前而言，我们可以迈向下一代材料。这就是我们要去的地方。”亚博网站下载

这项工作得到了美国能源部国家核安全管理局的美国陆军研究实验室和美国陆军研究局，NSF职业奖以及Sandia国家实验室的实验室指导研究与发展计划的支持。

来源：http://www.ucdenver.edu/