新南威爾士大學的研究人員將3D打印與光控過程相結合，以創(chuàng)建一種“活性” 4D樹脂。

由于新南威爾士大學悉尼分校和奧克蘭大學之間的研究合作的開創(chuàng)性工作，塑料的修復和再利用以及更有效地輸送抗癌藥物只是新的3D/4D打印技術眾多潛在應用中的兩個。

研究人員日前發(fā)表在《Angewandte Chemie（國際版）》上的一篇論文中揭示了3D/4D打印和光控/活性聚合（一種化學方法，可以制造聚合物）成功融合的過程。

4D打印是3D打印的子集，4D打印對象可以響應某些條件來改變其形狀。

研究人員使用可見光創(chuàng)建一種環(huán)保的“活”塑料或聚合物，這種新的受控聚合方法為先進的固體材料制造開辟了新的可能性。

聚合物可以是合成的（例如塑料），也可以是生物的（例如DNA）。

該研究基于UNSW Sydney Boyer實驗室在2014年發(fā)現(xiàn)的PET-RAFT聚合（光誘導電子/能量轉移-可逆加成碎片鏈轉移聚合）技術，這是一種使用可見光通過可逆加成碎片鏈轉移（ CSIRO（Graeme Moad，San Thang和Enzo Rizzard）發(fā)現(xiàn)了RAFT）聚合技術。

這類聚合物可以重新激活以進一步生長，這與傳統(tǒng)的聚合物在制成后會“死”有所區(qū)別。

自這一發(fā)展以來，該技術得到了擴展，并已證明可用于制造許多應用中的受控分子，包括藥物輸送和其他生物材料。

世界首創(chuàng)

主要作者西里爾·博耶（Cyrille Boyer）表示，團隊的最新突破是全球首創(chuàng)使用PET-RAFT聚合技術的新型3D打印系統(tǒng)，該系統(tǒng)使3D打印材料在打印后可以輕松進行修改。

“受控聚合從未在3D和4D打印中使用，因為對于3D/4D打印，典型的受控聚合過程的速度太慢，而對于實際的打印速度來說，其反應速度必須很快。” 博耶教授說，經過兩年的研究和數(shù)百次實驗，我們開發(fā)了與3D打印兼容的快速工藝。

“與傳統(tǒng)的3D打印相比，我們使用可見光的新方法使我們能夠控制聚合物的結構，并調整通過我們的工藝制備的材料的機械性能。這種新工藝還使我們能夠使用4D打印，并可以對材料進行轉換或功能化，這是以前不可能做到的?！?/span>

新南威爾士大學的Nathaniel Corrigan是與新南威爾士大學博士候選人張志恒合著的第一作者，他說，他們的新系統(tǒng)的一個額外優(yōu)勢是能夠精確控制3D打印材料中的所有分子。他說：“4D打印是3D打印的子集。但是通過4D打印，3D打印的對象可以改變其形狀、化學或物理特性并適應其環(huán)境?！?nbsp;

“在我們的工作中，將3D打印的材料暴露于水然后干燥，可以可逆地改變其形狀。

“例如，3D對象從平面開始，當暴露于某些條件下時，它將開始折疊——這是4D材質，因此，第四個維度是時間。”

從減少浪費到生物醫(yī)學應用

新南威爾士大學的新研究可能有一天可以終結填埋的塑料。

研究人員希望，他們使用PET-RAFT聚合技術進行的3D/4D打印新工藝推動功能材料的生產，以解決當今社會面臨的許多問題。

博耶教授說，這種新方法可用于日常用品，尤其是當變形或破裂的物體需要維修或修改時。

他說：“主要用途當然是循環(huán)再造，因為它不是一次性塑料制品，而是可以修復和再利用的?！?/span>

“對于普通的回收利用，您需要帶走這些材料并進行重建，但是對于新的“活性”材料，它將能夠自我修復。例如，如果您要將新南威爾士大學的徽標放在杯子上，則可以修改對象的表面并生長聚合物以顯示‘新南威爾士大學’，因為該物體不是‘死’的；它是一個有生命的物體，并且可以繼續(xù)生長和擴展?！?/span>

Corrigan博士說，新工藝的另一個主要優(yōu)點是它與生物醫(yī)學的兼容性，因為不需要極端條件。

他說：“當前的3D打印方法通常受到所需的苛刻條件的限制，例如強紫外線和有毒化學物質，這限制了它們在制造生物材料方面的應用?！?/span>

“但是，通過將PET-RAFT聚合應用于3D打印，我們可以使用可見光而非加熱來生產長聚合物分子，這是典型的聚合方法。使用高于40度的熱量會殺死細胞，但是對于可見光聚合，我們可以使用室溫，因此細胞的活力要高得多?！?/span>

博耶教授說，通過這種新工藝制成的物體可以更輕松地用于先進的生物應用，例如組織工程，組織結構可用于形成新的、可行的醫(yī)療組織。

他說：“我們的新方法針對微電子和生物醫(yī)學等領域的小規(guī)模利基應用，這對我們來說是一個巨大的領域，需要非常先進的聚合物?！?/span>

適合所有人的3D和4D打印

博耶教授表示，他們的新技術將使商業(yè)和非專家操作人員能夠生產出看似無窮無盡的性能和應用材料。

他說：“我們希望探索我們的系統(tǒng)，以發(fā)現(xiàn)并解決任何限制因素，以便更好地采用和實施該技術?！?/span>

“通過將3D和4D打印與受控聚合相結合，我們可以做很多事情，制造出用于許多應用的先進功能材料，造福社會?！?/span>