水凝胶材料来自不同大小的海藻颗粒。 图片来源：北卡罗来纳州立大学 Orlin Velev
水凝胶融合了相同海藻材料的两种物理形式，以提高强度和柔韧性。
根据来自海藻的新研究，通过合并从海藻中提取的相同材料的微米和纳米级网络，可以创建具有改进和高度可控特性的 3D 打印凝胶。 北卡罗来纳州立大学. 这些发现可以应用于生物医学材料——想想用于生长细胞的生物支架——和软机器人。
在杂志上描述 自然通讯，研究结果表明，这些水基凝胶——称为均质复合水凝胶——既坚固又灵活。 它们由藻酸盐组成——海藻和藻类中发现的化合物，通常用作增稠剂和伤口敷料。
北卡罗来纳州立大学化学和生物分子工程杰出教授 Orlin Velev、S. Frank 和 Doris Culberson 说，将相同藻酸盐的不同规模的网络合并在一起，消除了有时在水凝胶中合并不同材料时可能出现的脆弱性。论文的作者。
“水基材料可能又软又脆，”他说。 “但这些均质复合材料——藻酸盐介质中的软纤维状藻酸盐颗粒——实际上是两种水凝胶合二为一：一种是颗粒水凝胶，一种是分子水凝胶。 将它们合并在一起，可以生产出一种比其各部分总和更好的果冻状材料，并且可以通过 3D 打印机精确调整其属性以进行按需制造。”
北卡罗来纳州立大学化学与分子工程助理教授、《科学》杂志的合著者 Lilian Hsiao 说：“我们正在用相同的材料增强水凝胶材料，这很了不起，因为它只使用一种材料来改善整体机械性能。”纸。 “藻酸盐用于伤口敷料，因此这种材料有可能用作强化 3D 打印绷带或用作伤口愈合或药物输送的贴片。”
“这些类型的材料有可能在医疗产品、食品中作为增稠剂或软机器人中最有用，”该论文的第一作者之一、Velev 实验室的研究生奥斯汀威廉姆斯说。
Velev 说，未来的工作将尝试微调这种合并同质复合材料的方法，以推进用于生物医学应用或生物医学注射材料的 3D 打印。
“这项技术可能与其他类型的凝胶一起使用，例如用于涂料或消费品中的凝胶，”Hsiao 说。
参考文献：Austin Williams、Sangchul Roh、Alan Jacob、Lilian Hsiao、Orlin D. Velev 和 Simeon Stoyanov 的“具有协同增强的分子胶体网络的可打印均质复合水凝胶”，14 年 2021 月 XNUMX 日， 自然通讯.
DOI: 10.1038/s41467-021-23098-9
前北卡罗来纳州博士学生 Sangchul Roh 是该论文的另一位第一合著者。 来自瓦赫宁根大学的合著者 Simeon Stoyanov 参与了新材料的构思。
该研究由美国国家科学基金会资助，授予 CMMI-1825476、CBET-1804462 和 ECCS-2025064。
