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具有多孔格子架构的DLP印刷的LCE概念装置。
生物组织已经进化超过千年，以完全优化其特定功能。以软骨为例。它是一种柔软的弹性组织，足以缓解垫接头，但足够强以抵抗压缩并承受我们身体的大量载荷：跑步，跳跃和我们日常磨损的关键。
创建真正匹配生物组织的性质和行为的合成替代并不容易。但科罗拉多大学丹佛科学家，由机械工程师领导的克里斯yakacki，Phd，是第一个3D打印一种复杂的多孔格子结构，采用液晶弹性体（LCE）创造了最终模拟软骨和其他生物组织的装置。
Cu Denver团队，包括Kai Yu教授，博士，博士后同伴Devesh Mistry，Phd和博士生Nicholas Traugutt，以及来自中国南方科学技术大学的科学家，在期刊材料上报告了其调查结果。
LCE制造业的革命
yakacki，他在铜丹佛的智能材料和生物力学（SMAB）实验室中，开始于2012年与LCE合作。柔软的多功能材料以其弹性和非凡的能力而闻名。2018年，Yakacki收到了NSF职业奖，彻底改变了LCE和几轮资金的可制造性，以使他们成为足球头盔的减震器。即便如此，他也知道其应用程序可以进一步进一步。
它们的动机：从树脂化学（Messcale）的长度尺度（Mescreale），对微观晶片结构以及印刷结构的总宏观结构进行散流度。
“每个人都听到液晶，因为你在手机展示中盯着他们盯着看，”Yakacki说。“而且你可能听说过液晶聚合物，因为这正是Kevlar的恰好。我们的挑战是将它们置于柔软的聚合物，如弹性体，将它们用作减震器。那是你沿着复杂层的时候。“
操纵令人棘手。到目前为止，大多数研究人员可以在几乎微观结构中具有最小细节或高细节的大物体。但与手机屏幕一样，具有高分辨率的大设备是未来的谎言。Yakacki和他的团队的化学品和印刷过程使难度降至近零。
在蜂蜜般的树脂上闪亮
对于他们的学习，Yakacki和他的团队探索了一种称为数字光处理（DLP）的3D打印过程。该团队开发了一种蜂蜜型LC树脂，当用紫外线击中时，在连续的薄光聚合物层中固化形成新键。最终固化树脂形成柔软，强，柔软的弹性体。当在晶格结构中印刷 - 模特的级别类似于蜂窝 - 即开始模仿软骨。
该组打印了几种结构，包括微小，详细的莲花和脊柱融合笼的原型，最细节创造了最大的LCE器件。与由市售的可光固化弹性体树脂印刷的那些相比，树脂和印刷过程的组合也导致速率依赖性较大率依赖性和较高的应变节能的高达27倍。
从足球头盔到脊柱
前进，结构有几种应用，如减震橄榄球头盔泡沫甚至小型生物医学植入物。Yakacki对其在脊柱中的可能性最为兴奋。
LCE脊柱笼式原型
“脊柱充满挑战，解决问题是一个艰难的问题，”Yakacki说。“人们试过制作合成脊柱组织圆盘，他们没有做好它。通过3D打印，我们从中获得的高分辨率，您可以恰好匹配一个人的解剖学。有一天，我们可能能够种植细胞来修复脊柱，但目前，我们可以通过下一代材料迈出一步。那是我们想去的地方。“
参考：“液晶 - 弹性体的耗散结构通过数字光处理3D打印”由尼古拉斯A. Traugutt，Devesh Mistry，Chaoqian Luo，Kai Yu，Qi Ge和Christopher M. Yakachi，6月8日，6月8日，先进的Material.doi：
10.1002 / ADMA.202000797.
这项工作得到了美国陆军研究实验室和美国军队研究办公室，NSF职业奖，以及桑迪亚国家实验室的实验室指导研发计划，为美国能源部核安保期管理局。
