美国科学家开发出可用于3D打印的石墨烯油墨
两个月前，伦敦的一个科学家团队成功地使用石墨烯3D打印出了指定结构。如今，美国西北大学的研究人员也开发出了溶液形式的可3D打印石墨烯油墨。研究人员们在刚刚发表的一篇论文中证明，它可以用来制造数厘米长的物体，使其可以完美用于各种技术和医疗应用领域。石墨烯，作为一种性能非常优良的高科技材料，一直被很多3D打印专家寄予厚望，认为如果能够实现使用石墨烯材料的3D打印，将会对整个行业产生巨大的影响。
石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的二维材料：它是有史以来最薄的材料，只有一个碳原子厚度；也是有史以来最强的材料，强度是一般结构钢的200倍。石墨烯的导电性优于铜，热传导性优于已知的所有材料。石墨烯几乎是完全透明的，但结构非常致密，即使是最小的氦原子都不能穿过它。而且它与人类细胞组织相容。
现在美国西北大学的研究团队在尝试了各种方法之后，成功地使用它3D打印（通过挤出）出任意形状和大小、具备导电性、机械弹性和生物相容性的支架。据了解，到目前为止他们的测试已经表明，3D打印的石墨烯脚手架是非常灵活，可以制造的直径范围为100微米到1000微米，不过数厘米也是可能的。
这一令人兴奋的技术突破是由西北大学生物纳米技术研究所的材料科学和工程助理教授Ramille Shah和外科学助理教授Simpson Querrey完成的。
在一支人数众多的研究生队伍和一台envisionTEC BioPlotter 3D生物打印机的帮组下，他们成功地创造出了一种可3D打印的物质，这种物质的石墨烯含量比以前要高得多。“从3D打印的角度来看，以前有些3D打印材料中也含有石墨烯，但是这些材料中的石墨烯含量往往不超过总体积的20％，从而导致其电属性显著小于我们开发的材料。”他们对记者说。
他们的这一成果发表在了《ACS Nano》杂志在线版上，论文名称是《基于电子和生物医学应用的高含量石墨烯支架的3D打印（Three-Dimensional Printing of High-Content Graphene Scaffolds for Electronic and Biomedical Applications）》。在论文中研究人员称，他们使用的3D打印线材的主要含量就是石墨烯（含量高达60%）。虽然石墨烯本身是硬而脆的，但是他们的解决方案却非常适合3D打印，而且非常有弹性，可用于我们能够想到的任何应用。而获得高水平的石墨烯及其结构功能的关键在于一种特别的生物相容弹性粘接剂——PLG。
Shah解释说，他们的研究目的是为了满足医疗应用中对于更多创新性生物材料的需要——特别是神经组织的再生。他们开发的这种石墨烯油墨相对便宜，容易制造，而且非常适合该功能。
那么这种石墨烯油墨是怎么制造出来的呢？简而言之，它是将弹性体溶液与石墨烯粉体分散混合。该溶液随后被增稠和浓缩。这个工艺过程在理论上无论多大的规模都可以做，可以保证常规的医疗应用。
Shah继续解释说，他们的测试已经表明，这些石墨烯油墨特别适合医疗应用，它们很容易用在手术中，可以制成任何尺寸，并能够缝合到人体组织中。尤其值得注意的是，这种3D打印的石墨烯结构可以用在准备变成神经细胞的干细胞中。“在我们的实验中，我们已经展现了3DG支架诱导成熟间叶干细胞的神经分化的能力，而且这一分化不需要任何其他神经生长因子或外界刺激。”她说，“这是一个重要的发现，支持了材料本身可以用于诱导特殊的细胞反应。石墨烯油墨的这一特性可以用于组织工程和再生医学的应用。”
这一革命性的全新3D打印油墨可能会由此打开更多的机会之门，比如促进受损或无功能的组织如神经、骨骼、甚至心脏肌肉的再生。由于它们比较易于生产和在医疗环境中使用，石墨烯油墨无疑将会在医疗行业掀起一场风暴。除了这些医疗应用之外，这种石墨烯油墨也可以用来开发可植入的生物传感器和各种电子装置。所以这确实是个重大的突破，看起来下一代3D打印技术已经近在咫尺了。
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