组织工程领域大牛、来自哈佛大学的Jennifer Lewis教授团队在近期《 Advanced Materials》上发表文章《Architected Polymer Foams via Direct Bubble Writing》。该研究结合了增材制造思维与技术，开发出了一项全新的聚合物泡沫制造工艺：气泡直写工艺（Direct Bubble Writing），用于快速制造多种功能的聚合物泡沫。
制造现状
聚合物泡沫，或聚合物发泡材料指以聚合物（塑料、橡胶、弹性体或天然高分子材料）为基础而其内部具有无数气泡的微孔材料，也可以视为以气体为填料的复合材料。泡沫塑料就是我们常见的一种聚合物泡沫，除了在日常生活中经常使用外，还可用于吸收电磁波和防雷达探测的隐身材料，吸声性静音材料以及多孔的组织工程生物支架材料。
外卖餐盒与快递盒是常见的聚合物泡沫，其实它的应用范围非常广
目前聚合物泡沫的主要制造工艺有多种方法：有挤出发泡、注塑发泡、模塑发泡等。发泡制备过程需要发泡剂，发泡剂又可以分为物理发泡和化学发泡。尽管可以使用这些方法生成大量材料，但由于气泡成核和填充的随机性，因此所得泡沫具有较大的泡孔（气泡）分布。生长过程。另外，在聚合之前液体泡沫内的气泡排出和奥式熟化（气体从小孔到大孔的传输）进一步加宽了气泡尺寸分布。气泡不均匀是目前制造聚合物泡沫的一大难题。
解决办法
为解决上述问题，科研团队结合3D打印思维，开发出了全新的气泡直写工艺。此工艺才有特殊的同轴喷嘴：外层喷头喷射低黏度墨水，内层喷头喷射气体，形成小气泡，这种气泡在下落过程中通过UV光快速聚合，以保证每个单体气泡的形态稳定与统一。气压的改变可以有效地控制聚合物泡沫的相对密度。同时，通过更改喷射的气体，如使用空气，可形成开孔聚合物泡沫；如适用氮气，则可形成闭孔聚合物泡沫。
气泡直写工艺（Direct Bubble Writing）
更进一步
为更进一步挖掘工艺特点，团队通过调节聚合物泡沫的相对密度，制造出了具有硬度梯度的结构，使得在同一打印物体上，不同区域拥有不同的力学性能。最终，团队在材料中加入金属纳米粒子，用于制造可导电的聚合物泡沫。
具有硬度梯度的结构
这项研究有效地解决了聚合物泡沫制造过程中不均匀的问题，并且为开发可调节力学强度的压力传感器、纳米机器人、组织工程支架提供了一种新的制造思路。
参考文献
1 Visser, Claas Willem, Dahlia N. Amato, Jochen Mueller, and Jennifer A. Lewis. "Architected Polymer Foams via Direct Bubble Writing." Advanced Materials (2019): 1904668.
有微观孔隙的组织工程支架？
ALPHA-BP11是上普公司研发的多喷头组织工程支架3D打印机。该机型的打印温度可低达-30℃，其独特的低温沉积打印技术集成了生物3D打印与冷冻干燥微观制孔技术的优势，可实现同时具有宏观可控孔隙（百微米级）与微观微丝孔隙（十微米级）的组织工程支架的3D打印，提高了支架内的细胞种植率，更有利于细胞在支架内部的生长和组织功能的实现。想了解更多？请猛戳这儿~
往期精选
1. 硬核技术|低温沉积生物3D打印：一项滴水成冰的秘技
2. 器官芯片以及生物医学应用
3. 生物3D打印发展历史及趋势简述
4. 原创干货|细胞3D打印技术的概述
