Printing Double-Network Tough Hydrogels Using Temperature-Controlled Projection Stereolithography (TOPS).
Printing Double-Network Tough Hydrogels Using Temperature-Controlled Projection Stereolithography (TOPS).
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DOI：
10.1021/acsami.3c04661
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发表时间：
2023-06-28
影响因子：
9.5
通讯作者：
Soman, Pranav
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Kunwar, Puskal;Andrada, Bianca Louise;Poudel, Arun;Xiong, Zheng;Aryal, Ujjwal;Geffert, Zachary J. J.;Poudel, Sajag;Fougnier, Daniel;Gitsov, Ivan;Soman, Pranav
关键词：
我们报告了一种将双网络（DN）水凝胶塑造成定制的3D结构的新方法，该结构在拉伸和压缩方面都表现出优越的机械性能。在合适的交联剂和光引发剂/吸收剂的条件下，优化了含有光交联丙烯酰胺和热可逆溶胶-凝胶κ-卡拉胶的单锅预聚物配方。利用一种新的TOPS体系在κ-卡拉胶的溶胶-凝胶过渡（80℃）以上将一级丙烯酰胺网络光聚合成三维结构，而冷却产生二级物理κ-卡拉胶网络以实现坚硬的DN水凝胶结构。打印的3D结构具有高横向分辨率（37 μm）和垂直分辨率（180 μm）以及优越的3D设计自由度（内部空隙），在拉伸下的极限应力和应变分别为200 kPa和2400%，同时具有15 MPa的高压缩应力和95%的应变，均具有高回收率。研究了膨胀、颈缩、自愈、循环加载、脱水和再水化对打印结构力学性能的影响。为了展示该技术在制造机械可重构柔性器件方面的潜力，我们打印了一个轴向透镜，并展示了贝塞尔光束可以通过用户定义的设备拉伸来动态调谐。该技术可以广泛应用于其他水凝胶，以制造新型智能多功能设备，用于一系列应用。
We report a new method to shape double-network (DN) hydrogels into customized 3D structures that exhibit superior mechanical properties in both tension and compression. A one-pot prepolymer formulation containing photo-cross-linkable acrylamide and thermoreversible sol–gel κ-carrageenan with a suitable cross-linker and photoinitiators/absorbers is optimized. A new TOPS system is utilized to photopolymerize the primary acrylamide network into a 3D structure above the sol–gel transition of κ-carrageenan (80 °C), while cooling down generates the secondary physical κ-carrageenan network to realize tough DN hydrogel structures. 3D structures, printed with high lateral (37 μm) and vertical (180 μm) resolutions and superior 3D design freedoms (internal voids), exhibit ultimate stress and strain of 200 kPa and 2400%, respectively, under tension and simultaneously exhibit a high compression stress of 15 MPa with a strain of 95%, both with high recovery rates. The roles of swelling, necking, self-healing, cyclic loading, dehydration, and rehydration on the mechanical properties of printed structures are also investigated. To demonstrate the potential of this technology to make mechanically reconfigurable flexible devices, we print an axicon lens and show that a Bessel beam can be dynamically tuned via user-defined tensile stretching of the device. This technique can be broadly applied to other hydrogels to make novel smart multifunctional devices for a range of applications.
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使用多种 UV 固化聚合物 3D 打印高度可拉伸的水凝胶
影响因子：
13.6
作者：
Ge Q;Chen Z;Cheng J;Zhang B;Zhang YF;Li H;He X;Yuan C;Liu J;Magdassi S;Qu S
通讯作者：
Qu S
DOI：
10.1002/advs.202001379
发表时间：
2020-09
期刊：
Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany)
影响因子：
--
作者：
Jiang Z;Diggle B;Tan ML;Viktorova J;Bennett CW;Connal LA
通讯作者：
Connal LA
DOI：
10.1002/adma.201501099
发表时间：
2015-07-15
期刊：
Advanced materials (Deerfield Beach, Fla.)
影响因子：
--
作者：
Hong S;Sycks D;Chan HF;Lin S;Lopez GP;Guilak F;Leong KW;Zhao X
通讯作者：
Zhao X
影响因子：
7.9
作者：
Faraji Rad Z;Prewett PD;Davies GJ
通讯作者：
Davies GJ
影响因子：
4.6
作者：
Liang Z;Liu C;Li L;Xu P;Luo G;Ding M;Liang Q
通讯作者：
Liang Q