微米和纳米

研究人员将纤维素纳米纤维作为多功能的生物基3D打印材料

生物基材料对于3D打印变得越来越重要,原因有很多。一个主要因素是它们对环境的影响相对较小,因为它们是可持续的、无污染的、相对便宜且能够安全的生产。它们还拥有许多独特的性能,使它们与类似的人造材料不同。生物材料领域最近最令人兴奋的突破之一是纤维素纳米纤维,由植物物质的基本组成部分制成。瑞典查尔姆斯理工大学和芬兰VTT技术研究中心一直在尝试将其用于各种不同的应用。

研究人员将纤维素纳米纤维作为多功能的生物基3D打印材料

纤维素纳米纤维是纤维素可以分解成的最小的纤维,它们倾向于由木材或作为农业或食品生产的副产品制成。纤维与水混合形成糊状物,然后可以用作3D打印材料。当干燥时,这种糊状物形成具有高水平的机械强度以及可生物降解的结构。

原纤维之间的交联可以很容易地被操纵,以根据需要使结构更多孔、更刚性或更柔性。以前,这种灵活性是生物基材料的主要障碍,因为打印的结构在干燥时会逐渐变得更硬。现在在这方面已经取得了一些重大进展。哥德堡Chalmers大学的Paul Gatenholm教授说:“干燥过程是至关重要的…我们已经开发了一个过程,通过不同的方式来冻结物体和去除水分,从而控制干燥物体的形状。也可以让结构在一个方向上倒塌,形成薄膜。”

研究人员将纤维素纳米纤维作为多功能的生物基3D打印材料

VTT用于纳米纤维素的应用列表非常广泛,覆盖面很广。该中心开发用于修改纺织品、模型和室内装饰元素的3D打印技术,以及伤口护理中的医疗应用。室内装饰将成为第一个商业应用。纳米纤维用于扩大创建装饰时使用的可能表面图案的范围。

研究人员将纤维素纳米纤维作为多功能的生物基3D打印材料

至于医疗应用,这是纤维素的使用变得特别有趣的地方。在Tampere大学的协作下,芬兰科学院资助的一个项目中,VTT正在开发3D打印绷带,可以帮助促进伤口周围皮肤细胞的再生。这是由于愈合伤口区域的额外的灵活性而实现的。据VTT的高级科学家Panu Lahtinen说:“通过使用纳米纤维素,我们成功地制造了3D结构,吸收液体的效率比伤口护理常用的敷料高三倍。”

“智能”伤口绷带也在开发中,纳米纤维素是该技术的关键部分。与打印电子元件和用于伤口护理的蛋白质结合,3D打印的纳米纤维素结构能够实时测量伤口的愈合。关于温度或生物阻抗的数据可以通过无线方式收集并传输到计算机,供医疗专业人员进行分析。

研究人员将纤维素纳米纤维作为多功能的生物基3D打印材料

后两种开拓性应用是令人兴奋的,但是至今还不可能由医院实施,因为纤维素纳米纤维尚未被正式批准用于医疗用途。在查尔姆斯大学,纤维素纳米纤维制成的导电结构的研究工作已经展开,而这应该有更广泛的应用潜力。研究人员利用两种凝胶:一种导电和一种不导电,并控制干燥过程,研究人员已经能够生产3D电路。凭借其灵活性、导电性和有机基础,这些电路可以具有广泛的应用范围。

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