《Addit. Manuf.》：壹種(zhong)可(ke)超(chao)快(kuai)打(da)印組織(zhi)工(gong)程(cheng)支(zhi)架(jia)的光(guang)固(gu)化(hua)樹(shu)脂(zhi)

近日，中山(shan)大學(xue)材(cai)料科學(xue)與(yu)工(gong)程(cheng)學(xue)院(yuan)王山(shan)峰教授團(tuan)隊創新地使(shi)用超支(zhi)化(hua)反(fan)應(ying)型稀(xi)釋(shi)劑去(qu)優化(hua)聚(ju)富(fu)馬(ma)酸(suan)丙(bing)二(er)醇(chun)酯（PPF）樹(shu)脂(zhi)，充(chong)分利(li)用了面投影微(wei)立體光(guang)刻技(ji)術(shu)（nanoArch P140，摩方精(jing)密(mi)）的快速制(zhi)備(bei)優勢，實(shi)現(xian)了可降(jiang)解(jie)、無(wu)細(xi)胞(bao)毒性(xing)組織(zhi)工(gong)程(cheng)用多孔支(zhi)架(jia)的超快(kuai)、高精(jing)度(du)打(da)印，同(tong)時(shi)顯著(zhu)提高(gao)支(zhi)架(jia)結(jie)構的模量、韌性(xing)、和形變回復(fu)率。相關成(cheng)果以“Projection printing of scaffolds with shape recovery capacity and simultaneously improved stiffness and toughness using an ultra-fast-curing poly(propylene fumarate)/hyperbranched additive resin"為題發表(biao)在(zai)國(guo)際著(zhu)名期刊(kan)《Additive Manufacturing》上(shang)（Doi：10.1016/j.addma.2021.102446）。該期刊(kan)的影響(xiang)因子為10.998。

PPF是(shi)壹種(zhong)可(ke)註(zhu)射(she)、可光(guang)固(gu)化(hua)、可(ke)降(jiang)解(jie)不飽和聚(ju)酯(zhi)，在(zai)骨(gu)組織(zhi)工(gong)程(cheng)上(shang)具(ju)有(you)優(you)異應(ying)用前景(jing)。在(zai)以(yi)往(wang)使(shi)用PPF樹(shu)脂(zhi)和立體光(guang)刻技(ji)術(shu)打(da)印組織(zhi)工(gong)程(cheng)支(zhi)架(jia)的報(bao)道(dao)中，富馬(ma)酸(suan)二(er)乙(yi)酯(zhi)（DEF）是(shi)作為反(fan)應(ying)型稀(xi)釋(shi)劑來(lai)調(tiao)節樹(shu)脂(zhi)粘(zhan)度(du)以獲得流動(dong)性(xing)和可打(da)印性，然而在(zai)固(gu)化(hua)速度(du)和所(suo)制備(bei)支(zhi)架(jia)結(jie)構的力(li)學(xue)性(xing)能上(shang)需要(yao)提高(gao)。在(zai)此(ci)論文中，經篩(shai)選(xuan)後(hou)超支(zhi)化(hua)聚(ju)酯(zhi)丙(bing)烯酸(suan)酯(zhi)（HPA）作(zuo)為(wei)反(fan)應(ying)型稀(xi)釋(shi)劑與(yu)PPF形成(cheng)新型光(guang)固(gu)化(hua)樹(shu)脂(zhi)，並與PPF/DEF樹(shu)脂(zhi)在(zai)流變性質(zhi)、熱性(xing)能、固(gu)化(hua)速度(du)、固(gu)化(hua)深(shen)度(du)、臨(lin)界(jie)固(gu)化(hua)能量、打(da)印速度(du)、打(da)印精(jing)度(du)，以(yi)及(ji)打(da)印出的多孔支(zhi)架(jia)結(jie)構的力(li)學(xue)性(xing)質上(shang)進(jin)行全面的對比(bi)研(yan)究(jiu)。實(shi)驗(yan)結(jie)果表明HPA可有(you)效(xiao)降(jiang)低PPF的玻璃化(hua)轉(zhuan)變溫度(du)和粘(zhan)度(du)，以獲得打(da)印時的流動(dong)性(xing)，同(tong)時(shi)，HPA極大加(jia)速了(le)PPF的光(guang)交聯(lian)過(guo)程(cheng)。PPF/HPA樹(shu)脂(zhi)固(gu)化(hua)需(xu)要(yao)的臨界(jie)能量極(ji)低，僅為(wei)2.1 mJ/cm²，低於PPF/DEF樹(shu)脂(zhi)的六分之(zhi)壹。在(zai)保證(zheng)高(gao)精(jing)度(du)的前提(ti)下，使(shi)用面投影微(wei)立體光(guang)刻3D打(da)印技術(shu)快速成(cheng)型的特(te)性(xing)最為亮眼(yan)。對於PPF/HPA樹(shu)脂(zhi)，每打(da)印壹層(ceng)曝光(guang)時間(jian)僅為(wei)0.1-2 s，比(bi)目前(qian)已公開(kai)報(bao)道(dao)的使(shi)用紫外光(guang)交聯(lian)方(fang)法的3D打(da)印技術(shu)至少(shao)縮短了壹半(ban)。在(zai)50微(wei)米(mi)的分辨(bian)率下，PPF/HPA樹(shu)脂(zhi)的打(da)印速度(du)可(ke)達18 cm/h，而PPF/DEF樹(shu)脂(zhi)的打(da)印速度(du)僅為(wei)其(qi)五分之(zhi)壹。得(de)益(yi)於更完(wan)善(shan)的交聯(lian)網絡，使(shi)用PPF/HPA樹(shu)脂(zhi)打(da)印的支(zhi)架(jia)結(jie)構比(bi)PPF/DEF樹(shu)脂(zhi)支(zhi)架(jia)具(ju)有(you)更低的收縮率、更高(gao)的剛度(du)和韌性(xing)，以及(ji)更好(hao)的形變回復(fu)能力(li)，具(ju)有(you)4D打(da)印的特(te)性(xing)。初步體外(wai)細(xi)胞(bao)實(shi)驗(yan)也證(zheng)明(ming)這些支(zhi)架(jia)的細(xi)胞(bao)相容性好，為(wei)在(zai)支(zhi)持骨組織(zhi)修復(fu)上(shang)使(shi)用奠(dian)定(ding)了(le)基礎(chu)。

圖(tu)1 面投影微(wei)立體光(guang)刻技(ji)術(shu)（nanoArch P140，摩方精(jing)密(mi)）快(kuai)速制(zhi)備(bei)PPF/HPA支(zhi)架(jia)

圖(tu)2 PPF/HPA、PPF/DEF兩(liang)種(zhong)樹(shu)脂(zhi)的打(da)印速度(du)對打(da)印分辨(bian)率和光(guang)強的依賴關(guan)系(xi)

圖(tu)3 PPF/HPA支(zhi)架(jia)結(jie)構的優異(yi)力(li)學(xue)性(xing)能

論文(wen)為(wei)中山(shan)大學(xue)材(cai)料科學(xue)與(yu)工(gong)程(cheng)學(xue)院(yuan)獨立完成(cheng)，第壹作(zuo)者(zhe)為碩(shuo)士(shi)研(yan)究(jiu)生(sheng)利(li)文傑(jie)，第二作者為博士(shi)研(yan)究(jiu)生(sheng)成(cheng)肖鵬(peng)，其(qi)導師王(wang)山(shan)峰教授、王苑(yuan)講(jiang)師(shi)為(wei)共同(tong)通(tong)訊作者(zhe)。該研(yan)究(jiu)得(de)到中國國(guo)家自然科學(xue)基金(jin)（51973242）、中山(shan)大學(xue)“百(bai)人計(ji)劃(hua)"啟(qi)動(dong)經(jing)費(fei)、廣(guang)州(zhou)市科技計(ji)劃(hua)重(zhong)點項目（201704020145）、和廣(guang)東(dong)省(sheng)基礎(chu)與(yu)應(ying)用基礎(chu)區(qu)域性聯(lian)合(he)研(yan)究(jiu)計(ji)劃(hua)（2020A1515110674）的支(zhi)持。

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https://doi.org/10.1016/j.addma.2021.102446