CRG/PVA復合水凝膠的3D打印工藝研究

伍碩中，湯曉燕，云忠，陳軻

1.中南大學輕合金研究院，湖南長沙410083；2.中南大學機電工程學院，湖南長沙410083

前言

水凝膠由交聯的親水性聚合物組成，具有三維網絡結構以及優異的吸水性能［1］，由于水凝膠較低的細胞毒性、良好的生物相容性，使其在軟骨移植［2-4］、傷口敷料［5-6］、人造器官［7］、細胞生長支架［8-10］等組織工程領域發揮著重要作用。因此水凝膠已成為生物墨水的重要材料。

聚乙烯醇（PVA）是一種常見的生物高分子材料，可通過物理或化學交聯的方法制備成水凝膠［11］。PVA 具有出色的可加工性［12］、可調的擴散特性［13-14］以及優異的力學性能［15-17］，在要求高應變的應用場合下具有突出優勢。目前傳統的水凝膠模具成型工藝存在復雜結構成型困難、定制成本昂貴以及工藝周期長等問題，而3D打印技術具有定制簡單、成本低等諸多優勢［18］，為水凝膠的成型工藝提供了新的思路。然而利用3D 打印技術完成PVA 水凝膠的三維結構成型仍然面臨挑戰，特別是成型尺寸的精確性。

為改善PVA溶液常溫下凝固緩慢而不能滿足3D擠出打印要求，可添加溫敏特性材料，制備復合水凝膠進行改性。卡拉膠（CRG）是一類在生物醫學領域廣泛應用的天然多糖［19-20］，CRG 溶液在溫度降至40 ℃以下時就能固化成熱可逆的水凝膠。因此，采用CRG 作為輔助固化材料，與PVA 按比例混合得到具有常溫固化能力的CRG/PVA復合水凝膠。

本研究根據CRG/PVA復合水凝膠的特性設計了水凝膠3D 打印系統，在此基礎上開展了PVA 復合水凝膠的擠出打印工藝研究。……