水凝胶是一种与动物组织相似的聚合物材料，正在通过电子产品中的3D打印来彻底改变生物医学技术。它们的独特特性使它们非常适合各种生物医学应用。
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在本文中，我们讨论了用于3D打印水凝胶的方法，相关的挑战以及新的研究的有希望的结果，这些研究为应用3D水凝胶打印的电子产品提供了新的可能性。
什么是水凝胶？
水凝胶是具有类似于生物组织的欧洲杯足球竞彩特性的材料，使其非常适合在医疗设备中使用。它们是水的和交联的聚合物网络，可以将大量的水保留在其结构内，但也不会溶于水中。
由于它们的水含量较大，它们具有类似于天然组织的灵活性程度，并且已在广泛的生物医学应用中使用。
3D打印水凝胶的方法
3D打印技术一直在彻底改变我们创造和制造产品的方式，从假肢到航空航天零件。3D打印水凝胶的一些常见技术包括：
基于挤出的3D打印：该方法涉及通过喷嘴挤出水凝胶溶液以创建3D结构。该技术通常用于打印具有高粘度的水凝胶，例如藻酸盐和明胶。
立体光刻：该方法使用激光选择性地治疗光敏的水凝胶前体，从而创建3D结构。它通常用于印刷具有高分辨率和精度的水凝胶，例如PEGDA水凝胶。
喷墨打印：该方法使用喷墨打印机将水凝胶溶液的液滴沉积到基板上，从而产生3D结构。它也用于高分辨率和精确度。
生物打印：该方法使用3D打印机将细胞和水凝胶沉积在一起以创建3D结构，该技术通常用于组织工程。
这些只是用于3D打印水凝胶的各种技术的一些示例。所使用的特定方法将取决于水凝胶和所需的最终结构的性质（Puza和Lienkamp，2022年）。
用水凝胶创建3D矩阵的挑战
在水凝胶矩阵中创建复杂的3D电路一直是一项艰巨的任务。水凝胶通常是高度吸收性的，并且可能会因环境变化而膨胀，这可能使保持3D电路的结构完整性很难。
它们通常在机械上也柔软且弱，这可能使得以高精度创建复杂的3D结构变得困难。此外，大多数水凝胶不是导电性的，因此很难将电活动材料（例如金属或半导体）掺入水凝胶基质中。欧洲杯足球竞彩缺乏可以将多种材料集成到水凝胶基质中的技术也是创建3D电路的挑战。欧洲杯足球竞彩
克服3D打印水凝胶在电子产品上的挑战的方法
常见方法包括使用新的导电材料，直接组装和杂交开发新的水凝胶制剂。欧洲杯足球竞彩其中大多数是在研发的早期阶段，需要更多的工作来优化这些技术并使它们在现实世界应用中实用。
根据最近发表的研究自然电子杂志，研究人员通过使用基于可固化的水凝胶的支撑矩阵，可拉伸的银凝胶墨水和嵌入式3D打印（EM3DP）来克服其中的一些挑战。
支撑矩阵具有屈服应力流体行为，这意味着3D打印机喷嘴产生的剪切力会产生临时的流体状状态，从而可以准确地放置银毛盖墨水电路和电子组件。印刷后，将整个基质和嵌入式电路固化在60摄氏度中，形成柔软且可拉伸的单片水凝胶电子。
在此过程中使用的导电墨水显示出高电导率约为1.4 x 103 s cm-1。通过这种3D打印方法，研究人员能够创建应变传感器，电感器和生物电极。
这些研究发现的意义是什么？
本文中描述的方法与以前针对3D打印水凝胶开发的其他方法不同。首先，该方法使用基于水凝胶的支撑矩阵，该基质可以准确地放置银色凝胶墨水电路和矩阵中的电子组件。此外，EM3DP方法从未用于水凝胶电子制造。
这是对现有方法的重大改进，这些方法受到在水凝胶基质中封装的复杂的三维电路的困难所面临的挑战。
其次，该方法使用可伸缩的银凝胶墨水，从而允许创建柔软且可拉伸的整体水凝胶电子产品。这是对现有方法的重大改进，这些方法受到所使用的材料和制造方法的限制。欧洲杯足球竞彩
最后，该方法使用高导电性墨水，其电导率约为1.4 x 103 s cm-1，这对先前过程中使用的油墨的电导率有所改善。
3D打印水凝胶电子的实际应用
这项新研究的实际应用是巨大而多样的。此方法允许创建可自定义的3D电路，可用于多种生物医学应用。其中包括创建应变传感器，电感器，生物电极和可植入的设备，这些设备可以监测和处理各种疾病。
它们也可以用于创建软机器人技术，这些机器人技术可用于康复，假肢和医疗设备等各种应用中。
结论
3D打印水凝胶电子产品的能力在电子领域是一个重大突破。它为创建定制的三维电路开辟了一个全新的可能性，这些世界可用于各种应用程序，包括医疗设备和软机器人技术。
这项新研究的潜力确实令人兴奋，科学家将继续致力于突破水凝胶电子的可能性。
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参考和进一步阅读
艾哈迈德（E.M.）（2015）。水凝胶：准备，表征和应用：评论。高级研究杂志6，105–121。https://doi.org/10.1016/j.jare.2013.07.006
Fadelli，I.，Xplore，T。（2023）。用于基于水凝胶电子的3D打印的新方法[在线]。URLhttps://techxplore.com/news/2023-01-AppRace-3d-hydrogel基于基于-Electronics.html（2023年1月17日访问）。
Hui，Y.，Yao，Y.，Qian Q.，Luo，J.，Chen，H.，Qiao，Z.，Yu，Y.，Tao，L.软水凝胶电子的三维印刷。自然电子5，893–903。https://doi.org/10.1038/s41928-022-00887-8
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Puza，F.，Lienkamp，K。（2022）。3D聚合物水凝胶的打印 - 从基本技术到可编程驱动。高级功能材料欧洲杯足球竞彩32，2205345。https://doi.org/10.1002/adfm.20220534
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