Page 62 - 《精细化工》2022年第10期

·1996· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 39 卷

聚丙交酯/明胶（PLLA/gel）气凝胶支架，并比较了其 印气凝胶仍处于发展的初级阶段，而在进一步的发
在气管再生中的作用。在具有不同 PLLA/gel TSF 含 展与应用方面依然面临着诸多问题。
量的 3D 打印气凝胶支架上体外接种软骨细胞并在 （1）3D 打印气凝胶材料的开发方面。在诸多气
管状结构下培养 7 d（图 9a~c），观察纵向截面图表 凝胶材料中，仅部分材料或其复合材料可成功用于
明，软骨组织不仅在 3D 打印气凝胶支架表面积累 3D 打印技术，且大部分使用“胶体分散”法制作可
且能够有效浸润到支架内部（图 9d~i）。 供打印的墨水。相比于“胶体分散”法，“溶胶-凝
胶”法是典型的凝胶形成方法并且依然是可以控制

气凝胶孔隙率和孔隙结构的最优方法之一，但绝大
部分以此法制备的有机或无机气凝胶都难以制备出
可用于 3D 打印或光固化打印的墨水，所以，这些
材料的可 3D 打印化进度依然比较缓慢。而冷场辅
助 DOD 法可有效打印此类不适合挤出式打印的墨
水，但这种方法的精度有限难以胜任高精细度要求
的应用场景。因此，提高冷场辅助 DOD 法打印精度
与提高此类墨水的黏度、黏弹性也是亟需解决的一
大问题。并且有限的材料体系也限制了 3D 打印气
凝胶在各领域中的应用，开发具有多功能的 3D 打
印气凝胶十分重要。
（2）3D 打印气凝胶材料打印精度与速度的提
升。迄今为止，虽然已有部分气凝胶材料可通过挤
出式打印制备具有一定精细度的三维结构。但是在
部分领域（介电、组织工程等）中，需要 3D 打印
气凝胶具有较高的精度从而设计并制造高精度的

图 9 具有不同 PLLA/gel TSF 含量的 3D 打印 PLLA/gel 3D 打印气凝胶产品。但目前广泛使用的挤出式 3D
气凝胶支架体外接种软骨细胞 7 d 后的实物图 打印技术受制于打印器械的精度与打印墨水的流变
（a~c）；苏木精-伊红染色后，不同 PLLA/gel TSF 学性能，其打印精度有限。因此，开发具有超高打
含量的 3D 打印 PLLA/gel 气凝胶支架的组织学分 印精度且可用于气凝胶 3D 打印方法十分重要，例
析，PLLA/gel TSF 含量分别为 0.5%（d、g）、1.0% 如：3D 飞秒激光纳米打印技术已实现微米级别的打
（e、h）和 1.5%（f、i），红色箭头处为软骨细胞 印精度。
（S 代表管状支架结构） [60] 除了打印精度以外，打印速度也是制约包括 3D
Fig 9 Images of 3D printed aerogel scaffolds with different
PLLA/gel TSF contents (a~c) after in vitro chondrocytes- 打印气凝胶在内的各类 3D 打印材料发展的重要因
seeding 7 d; Histological analysis of PLLA/gel 3D 素。由于常用的挤出式打印法的打印过程是通过
scaffolds printed with PLLA/gel TSF contents of 0.5%
(d, g), 1.0% (e, h), and 1.5% (f, i) after 0.2~1.0 mm 粗细的线条不断堆叠成型（即“线-面-
hematoxylin-eosin staining marked with red arrows 体”的打印流程），其打印速度较低（10~30 mm/s），
indicate chondrocytes (S=tubular scaffold structure) [60] 导致其产能有限难以满足工业级生产的需求。而以

光固化打印尤其是 LCD 打印为代表的由“面”到
4 结论与展望 “体”的打印方法的打印速度十分可观，但目前可
用于 3D 打印气凝胶的光固化墨水的制备仍存在较
气凝胶材料发展至今已有百年历史，在各领域
大的困难，需要深入研究。
中的作用备受人们关注。但是传统模板法制备的气
（3）3D 打印气凝胶的结构设计。在 3D 打印气
凝胶材料结构单一，经济成本高，难以快速形成多
凝胶的开发过程中，研究人员发现通过 3D 打印实
种所需的定制化结构，阻碍了气凝胶在隔热、生物、
现具有可设计多级孔隙结构的气凝胶性能（热导率、
电子等领域的应用。3D 打印气凝胶材料的开发有效
能源储存能力）会因外加赋予的结构而发生变化。
解决了上述问题，并结合结构优化实现了传统气凝
到目前为止，少有研究人员关注如何通过优化这些
胶不具备的性能。尽管在近年来的 3D 打印气凝胶
多级孔隙结构从而获得区别于或强于传统气凝胶的
的发展历程中，研究人员逐步发现且实现了材料多
特殊性能（几何拉伸、多级孔隙等）。
样化、结构复杂化以及多功能化等特性。但 3D 打
（4）3D 打印气凝胶的行业发展前景。21 世纪