增材制造

聚二甲基硅氧烷( PDMS )材料广泛应用于面部假体、片上实验装置和软组织工程支架的制造，但其加工性制造具有挑战性。液态硅橡胶( LSRs )因其在浇铸时具有较高的形状保真度而受到青睐，但其黏度和表面张力较低往往会阻止自支撑、后挤出。聚醚醚酮( PEEK )颗粒增强通过界面结合已被证明增强了PDMS的关键性能，拓展了其端用功能。然而，这类粒子对LSR - PDMS可打印性的影响还没有研究。本研究首次成功地对无溶剂生物相容性PDMS- PEEK复合材料(可达30 wt % PEEK )进行了材料挤出( ME )打印的表征。流变分析证实了所有PDMS- PEEK复合材料在外加载荷(在打印机的容差范围内)和静置时的主导储能模量(即打印机可以自支撑)下剪切变薄，被认为是ME基印刷的极佳选择。在打印速度和位移值相当的情况下，使用所获得的流变数据指导初始打印性研究，发现随着PEEK含量的增加，轨迹保真度越好。PEEK含量较高的复合材料，其邵尔A硬度和刚度(拉伸和压缩)显著增加，且呈块状。最后，增强的形状保真度(得益于PEEK增强)和几何自主权进一步扩大了PDMS的制造自由度，从而可以通过控制填充密度来增加力学性能的范围，这在以往的常规铸造制造中是难以置信的。从根本上说，这可能导致制造可用于复制人体软组织的异质特性和其他先进材料应用的辐射状空间分级多材料结构和装置。

以特定厚度的生物相容性聚二甲基硅氧烷( PDMS )包裹的聚乙烯醇( PVA )长丝为原料，采用熔融沉积法( FDM )制备了管状结构的人工血管，并在超声作用下通过双氧水浸取去除内芯。特别地，我们研究了挤出沉积直径与纤维迁移速度/喷嘴控制速度(简称纤维/喷嘴过渡比)之间的关系，这与挤出沉积速度几乎无关，因为挤出PVA由于其固有的低粘弹性而产生的弱的模膨胀和记忆效应。然后利用光谱技术测定了PDMS在过氧化氢溶液中超声时的化学稳定性。PDMS在过氧化氢溶液中没有发生机械降解，导致其断裂伸长率和屈服强度与未经浸出处理的原始试样相当。作为进一步的优点，PDMS的内表面是光滑的，不论过氧化氢在超声下浸出。该支架在软组织工程(尤其是涉及血管组织再生)中的潜在应用是通过在临床模拟中使用的右手手术复制品中成功移植人工血管来证明的。

以特定厚度的生物相容性聚二甲基硅氧烷( PDMS )包裹的聚乙烯醇( PVA )长丝为原料，采用熔融沉积法( FDM )制备了管状结构的人工血管，并在超声作用下通过双氧水浸取去除内芯。特别地，我们研究了挤出沉积直径与纤维迁移速度/喷嘴控制速度(简称纤维/喷嘴过渡比)之间的关系，这与挤出沉积速度几乎无关，因为挤出PVA由于其固有的低粘弹性而产生的弱的模膨胀和记忆效应。然后利用光谱技术测定了PDMS在过氧化氢溶液中超声时的化学稳定性。PDMS在过氧化氢溶液中没有发生机械降解，导致其断裂伸长率和屈服强度与未经浸出处理的原始试样相当。作为进一步的优点，PDMS的内表面是光滑的，不论过氧化氢在超声下浸出。该支架在软组织工程(尤其是涉及血管组织再生)中的潜在应用是通过在临床模拟中使用的右手手术复制品中成功移植人工血管来证明的。

3D打印在海洋环境中的应用日益多样化，可用于定制或替代仪器和基础设施的组件。由于海洋生物污损会干扰此类应用的性能，在物种扩散中发挥重要作用，因此需要了解生物污损对所使用材料的动力学。本研究比较了熔融沉积法打印的聚己内酯( PCL )、体视光刻法打印的VisiJet®SL Clear和PolyJet打印的VeroClea ™等常用3D打印聚合物以及用于生物污损研究的聚二甲基硅氧烷( PDMS )和玻璃等对比材料的生物污损和材料性能的关系。2周龄和4周龄生物膜的细菌组合在所有材料上相似，以蓝藻和变形杆菌为主。材料间12周后的宏观污染程度差异显著，玻璃复盖率最高( 98.4 % )，PCL复盖率最低( 86.8 % )，宏观雾化器组合差异显著，3D打印聚合物的微藻数量普遍少于PDMS和玻璃，苔藓植物的包裹率也高于PDMS和玻璃。PCL是最极端的3D打印材料，最少的微藻和大多数苔藓植物(乔木化和镶嵌结合)。宏观污垢复盖率与材料疏水性、弹性模量、硬度或粗糙度无显著相关。相比之下，宏观雾化器组合结构与硬度的关系具有统计学意义，与疏水性的关系略显著(分别解释了组合结构变异的19.0 %和8.6 % )。PCL上生物污垢复盖率的降低和物种组成的改变可能有利于PCL在海洋3D打印中的应用，但需要考虑材料随时间的降解等其他因素。

为了在组织工程中成功地配置材料，材料本身，其力学性能和产品的微观几何结构是特别感兴趣的。虽然蚕丝是一种应用广泛的蛋白质基组织工程材料，具有很强的力学性能，但人工纺制的蚕丝纤维的尺寸和形状受到现有工艺的限制。本研究通过调整微流控喷丝板，以3种不同材料制备微米级湿纺纤维，使其具有不同的几何构型，可用于组织工程应用。该喷丝板是在微流控聚二甲基硅氧烷( PDMS )芯片内采用双光子光刻的直接激光写入( DLW )，采用一种新的表面处理方法实现了印刷通道的紧密封接。纺制了直径小于1   µ m的海藻酸盐、聚丙烯腈和真丝纤维，而喷丝板的几何形状控制着真丝纤维的形状，纺丝工艺对其力学性能有一定的影响。细胞培养实验证实了生物相容性，显示了细胞大小的纤维和细胞之间的相互作用。所提出的纺丝工艺将使纤维的加工边界向着更小的直径和更复杂的形状方向发展，并提高了表面体积比，将为未来用于保健 的组织工程材料提供重要的参考。

为了在组织工程中成功地配置材料，材料本身，其力学性能和产品的微观几何结构是特别感兴趣的。虽然蚕丝是一种应用广泛的蛋白质基组织工程材料，具有很强的力学性能，但人工纺制的蚕丝纤维的尺寸和形状受到现有工艺的限制。本研究通过调整微流控喷丝板，以3种不同材料制备微米级湿纺纤维，使其具有不同的几何构型，可用于组织工程应用。该喷丝板是在微流控聚二甲基硅氧烷( PDMS )芯片内采用双光子光刻的直接激光写入( DLW )，采用一种新的表面处理方法实现了印刷通道的紧密封接。纺制了直径小于1   µ m的海藻酸盐、聚丙烯腈和真丝纤维，而喷丝板的几何形状控制着真丝纤维的形状，纺丝工艺对其力学性能有一定的影响。细胞培养实验证实了生物相容性，显示了细胞大小的纤维和细胞之间的相互作用。所提出的纺丝工艺将使纤维的加工边界向着更小的直径和更复杂的形状方向发展，并提高了表面体积比，将为未来用于保健 的组织工程材料提供重要的参考。