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3D新聞

美國科學(xué)家開發(fā)出可3D打印的石墨烯油墨

星之球激光 來源:天工社2015-04-30 我要評論(0 )   

石墨烯,作為一種性能非常優(yōu)良的高科技材料,一直被很多3D打印專家寄予厚望,認(rèn)為如果能夠?qū)崿F(xiàn)使用石墨烯材料的3D打印,將會對整


石墨烯,作為一種性能非常優(yōu)良的高科技材料,一直被很多3D打印專家寄予厚望,認(rèn)為如果能夠?qū)崿F(xiàn)使用石墨烯材料的3D打印,將會對整個(gè)行業(yè)產(chǎn)生巨大的影響。兩個(gè)月前,倫敦的一個(gè)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)成功地使用石墨烯3D打印出了指定結(jié)構(gòu)。如今,美國西北大學(xué)的研究人員也開發(fā)出了溶液形式的可3D打印石墨烯油墨。研究人員們在剛剛發(fā)表的一篇論文中證明,它可以用來制造數(shù)厘米長的物體,使其可以完美用于各種技術(shù)和醫(yī)療應(yīng)用領(lǐng)域。


   
    石墨烯是一種由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)的二維材料:它是有史以來最薄的材料,只有一個(gè)碳原子厚度;也是有史以來最強(qiáng)的材料,強(qiáng)度是一般結(jié)構(gòu)鋼的
200倍。石墨烯的導(dǎo)電性優(yōu)于銅,熱傳導(dǎo)性優(yōu)于已知的所有材料。石墨烯幾乎是完全透明的,但結(jié)構(gòu)非常致密,即使是最小的氦原子都不能穿過它。而且它與人類細(xì)胞組織相容。

現(xiàn)在美國西北大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)在嘗試了各種方法之后,成功地使用它3D打?。ㄍㄟ^擠出)出任意形狀和大小、具備導(dǎo)電性、機(jī)械彈性和生物相容性的支架。據(jù)了解,到目前為止他們的測試已經(jīng)表明,3D打印的石墨烯腳手架是非常靈活,可以制造的直徑范圍為100微米到1000微米,不過數(shù)厘米也是可能的。

這一令人興奮的技術(shù)突破是由西北大學(xué)生物納米技術(shù)研究所的材料科學(xué)和工程助理教授Ramille Shah和外科學(xué)助理教授Simpson Querrey完成的。

在一支人數(shù)眾多的研究生隊(duì)伍和一臺envisionTEC BioPlotter 3D生物打印機(jī)的幫組下,他們成功地創(chuàng)造出了一種可3D打印的物質(zhì),這種物質(zhì)的石墨烯含量比以前要高得多。“從3D打印的角度來看,以前有些3D打印材料中也含有石墨烯,但是這些材料中的石墨烯含量往往不超過總體積的20%,從而導(dǎo)致其電屬性顯著小于我們開發(fā)的材料。”他們對記者說。

他們的這一成果發(fā)表在了《ACS Nano》雜志在線版上,論文名稱是《基于電子和生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的高含量石墨烯支架的3D打印(Three-Dimensional Printing of High-Content Graphene Scaffolds for Electronic and Biomedical Applications)》。在論文中研究人員稱,他們使用的3D打印線材的主要含量就是石墨烯(含量高達(dá)60%)。雖然石墨烯本身是硬而脆的,但是他們的解決方案卻非常適合3D打印,而且非常有彈性,可用于我們能夠想到的任何應(yīng)用。而獲得高水平的石墨烯及其結(jié)構(gòu)功能的關(guān)鍵在于一種特別的生物相容彈性粘接劑——PLG

Shah解釋說,他們的研究目的是為了滿足醫(yī)療應(yīng)用中對于更多創(chuàng)新性生物材料的需要——特別是神經(jīng)組織的再生。他們開發(fā)的這種石墨烯油墨相對便宜,容易制造,而且非常適合該功能。

那么這種石墨烯油墨是怎么制造出來的呢?簡而言之,它是將彈性體溶液與石墨烯粉體分散混合。該溶液隨后被增稠和濃縮。這個(gè)工藝過程在理論上無論多大的規(guī)模都可以做,可以保證常規(guī)的醫(yī)療應(yīng)用。

Shah繼續(xù)解釋說,他們的測試已經(jīng)表明,這些石墨烯油墨特別適合醫(yī)療應(yīng)用,它們很容易用在手術(shù)中,可以制成任何尺寸,并能夠縫合到人體組織中。尤其值得注意的是,這種3D打印的石墨烯結(jié)構(gòu)可以用在準(zhǔn)備變成神經(jīng)細(xì)胞的干細(xì)胞中。“在我們的實(shí)驗(yàn)中,我們已經(jīng)展現(xiàn)了3DG支架誘導(dǎo)成熟間葉干細(xì)胞的神經(jīng)分化的能力,而且這一分化不需要任何其他神經(jīng)生長因子或外界刺激。”她說,“這是一個(gè)重要的發(fā)現(xiàn),支持了材料本身可以用于誘導(dǎo)特殊的細(xì)胞反應(yīng)。石墨烯油墨的這一特性可以用于組織工程和再生醫(yī)學(xué)的應(yīng)用。”

這一革命性的全新3D打印油墨可能會由此打開更多的機(jī)會之門,比如促進(jìn)受損或無功能的組織如神經(jīng)、骨骼、甚至心臟肌肉的再生。由于它們比較易于生產(chǎn)和在醫(yī)療環(huán)境中使用,石墨烯油墨無疑將會在醫(yī)療行業(yè)掀起一場風(fēng)暴。除了這些醫(yī)療應(yīng)用之外,這種石墨烯油墨也可以用來開發(fā)可植入的生物傳感器和各種電子裝置。所以這確實(shí)是個(gè)重大的突破,看起來下一代3D打印技術(shù)已經(jīng)近在咫尺了。

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3D打印石墨烯油墨美國科學(xué)家
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