研究人员开发了一种突破性的无溶剂聚合物，旨在用于数字光打印（DLP），这是一种3D打印方法，通过逐渐从一层薄树脂构建固体物体。这一创新不仅解决了成品收缩的常见问题，还增强了打印物品的机械性能，同时确保它们在体内能够安全降解。
增材制造（AM）已经改变了众多行业，并承诺在不久的将来产生更大的影响。虽然许多人对类似喷墨模型的3D打印机比较熟悉，但还有另一种AM技术，通过使用光逐层构建物体，提供了独特的好处。
一个突出的例子是数字光处理（DLP），广泛应用于工业和牙科实践中。DLP技术利用光将液态树脂转化为固体组件，有效地从浅树脂池中逐层提取物体。
然而，这种3D打印技术面临的一个重大挑战是，树脂必须具有低粘度才能在高分辨率下有效运作。许多用于DLP打印的有用聚合物是固体或过厚，因此需要溶剂来稀释到合适的粘度。
不幸的是，加入这些溶剂可能引入严重的问题，例如由于溶剂蒸发引起的残余应力，导致成品收缩（高达30%）和后期的尺寸精度差。
在8月30日在线发表于《应用化学国际版》的一项研究中，杜克大学的研究团队介绍了一种新的DLP打印用聚合物，无需溶剂。这项创新不仅解决了收缩问题，还增强了部件的机械强度，同时确保它们仍具生物降解性。
专注于MEMS的博士生Maddiy Segal，正在杜克大学的Matthew Becker实验室工作，她表示：“我旨在开发一种本身薄且低粘度的材料，适用于可降解的医疗设备。”经过多次尝试，她成功找到了合适的单体和合成方法，创造出可以在DLP打印机中使用而不需要稀释的聚合物。
作为第一批创建适用于DLP的无溶剂树脂的研究者之一，Segal急于测试由其制成的部件的性能。她发现测试组成部分根本没有收缩或形状改变，并且总体上，它们表现出比使用溶剂生产的部件更大的强度和耐用性。她的结果代表了在DLP 3D打印可降解聚合物中，由于没有溶剂而改善机械性能的首次实证验证之一。
为开发她的新聚合物，Segal研究了Becker实验室及其他实验室现有树脂的结构和性能，系统地修改单体和链长，以实现所需的低粘度特性。她的方法涉及一种试错法，她调整聚合物的成分或“配方”，直到找到合适的组合。
这一过程有点像烹饪；需要混合不同的成分，施加热量，并测试结果，直到达到预期结果。在她的研究过程中，Segal尝试了约60种不同的组合，才成功创建出她设想的产品。
“除了创造一种无收缩、强度更大的材料外，我还希望它能够服务于医疗目的，”Segal指出。“我的目标是开发既具有生物相容性又可降解的原型设备。消除有毒溶剂的使用对于实现这一目标至关重要。”
Segal的总体目标是利用这种方法制造生物降解的医疗植入物。目前，许多临时医疗植入物是不可降解的，需要进行多次手术进行植入和取出。通过她的工作，Segal希望设计出可以通过身体自然过程溶解的植入物。
由这种创新材料制成的设备可以植入，预计会随着时间的推移而降解，从而消除随访手术以提取它们的需要。此外，它还可以作为骨粘合剂，暂时固定骨折，或在软机器人中使用，其中灵活和可降解的材料至关重要。
“这种材料是我工作的主要目标所核心，”Segal解释说。“实际上，这项技术可以应用于任何计划随时间而降解的植入物，而不是在体内无限期地存在。”
该研究得到了国家卫生研究院（1R01HL159954-01）的支持。杜克大学也已为这项技术提交了临时专利申请（申请号63544353）。
