弗吉尼亚大学科学家团队开发出一种与人体免疫系统相容的新型3D打印材料。这项突破有望为更安全的植入式医疗设备、新一代药物递送系统乃至改进型固态电池提供支持。

该研究成果由副教授李恒才领导的软生物物质实验室近期发表于《先进材料》，论文第一作者为工程学院博士生黄柏强。研究团队对聚乙二醇（PEG）进行分子重构，形成高弹性网络结构。尽管PEG已广泛应用于生物医学工程，但传统线性链交联后脱水形成的PEG结构通常刚性较强、易结晶化，导致材料断裂前可拉伸程度有限。

柔性奥秘：折叠式瓶刷分子架构

为解决PEG刚性难题，研究团队借鉴了实验室此前开发高强合成聚合物的方法，其策略类似于弹性橡胶的制造原理——在分子结构中嵌入"隐藏长度"。由此形成的"折叠式瓶刷"结构由被众多柔性侧链包围的主链构成，这些侧链可像手风琴般压缩扩张，使材料具备卓越抗变形能力。"我们首次发现采用这种架构的聚合物都具有超强拉伸性"，李恒才解释道。

紫外光触发化学重构

黄柏强通过将前驱体溶液短暂暴露于紫外光下，引发聚合反应形成瓶刷状网络，成功将这种分子设计应用于PEG体系。该技术可实现3D打印PEG水凝胶和无溶剂弹性体的制备，且均保持高拉伸特性。"通过调节紫外光形状，我们能构建多种复杂结构"，黄柏强表示。这种可调控性使得材料在保持弹性的同时，既能实现柔软设计也可塑造刚性结构，为未来人造组织和精准给药装置开辟了新路径。细胞培养实验还证实该材料对周围细胞无害，为体内应用奠定基础。

研究团队指出，PEG可与其他组分复合，获得具有定制化学特性的可打印材料。"这一特性使其成为先进电池技术中极具前景的高性能固态电解质"，李恒才透露，"我们正持续探索该研究在固态电池领域的延伸应用。"

生物医学3D材料前沿进展

除弗吉尼亚团队外，全球多研究机构也在推进医用3D打印材料创新：

西班牙与荷兰联合研究团队开发出先进混合生物墨水，能够3D生物打印高度模拟人类血管分层结构与部分功能的动脉模型。由巴斯克研究技术联盟CIC biomaGUNE中心主导，联合格罗宁根大学医学中心、巴斯克大学及MERLN再生医学研究所的科研团队，通过生物与合成组分结合成功制备模拟天然动脉壁的多层圆柱结构。

墨尔本皇家理工大学与悉尼大学研究人员则设计出一种有望改善体内医疗植入设备供能与监测的新材料。发表于《先进功能材料》的成果展示了一种兼具机械耐久性与电子功能性的3D打印金刚石-钛复合材料。项目负责人凯特·福克斯副教授表示，该技术未来可使植入物从人体自然流动中获取能量或通过无线方式接收电力，最大限度降低对传统电池的依赖。