《Addit. Manuf.》：一種可超快打印組織工程支架的光固化樹脂

近日，中山大學材料科學與工程學院王山峰教授團隊創新地使用超支化反應型稀釋劑去優化聚富馬酸丙二醇酯（PPF）樹脂，充分利用了面投影微立體光刻技術（nanoArch P140，摩方精密）的快速制備優勢，實現了可降解、無細胞毒性組織工程用多孔支架的超快、高精度打印，同時顯著提高支架結構的模量、韌性、和形變回復率。相關成果以“Projection printing of scaffolds with shape recovery capacity and simultaneously improved stiffness and toughness using an ultra-fast-curing poly(propylene fumarate)/hyperbranched additive resin"為題發表在國際著名期刊《Additive Manufacturing》上（Doi：10.1016/j.addma.2021.102446）。該期刊的影響因子為10.998。

PPF是一種可注射、可光固化、可降解不飽和聚酯，在骨組織工程上具有優異應用前景。在以往使用PPF樹脂和立體光刻技術打印組織工程支架的報道中，富馬酸二乙酯（DEF）是作為反應型稀釋劑來調節樹脂粘度以獲得流動性和可打印性，然而在固化速度和所制備支架結構的力學性能上需要提高。在此論文中，經篩選后超支化聚酯丙烯酸酯（HPA）作為反應型稀釋劑與PPF形成新型光固化樹脂，并與PPF/DEF樹脂在流變性質、熱性能、固化速度、固化深度、臨界固化能量、打印速度、打印精度，以及打印出的多孔支架結構的力學性質上進行全面的對比研究。實驗結果表明HPA可有效降低PPF的玻璃化轉變溫度和粘度，以獲得打印時的流動性，同時，HPA極大加速了PPF的光交聯過程。PPF/HPA樹脂固化需要的臨界能量極低，僅為2.1 mJ/cm²，低于PPF/DEF樹脂的六分之一。在保證高精度的前提下，使用面投影微立體光刻3D打印技術快速成型的特性最為亮眼。對于PPF/HPA樹脂，每打印一層曝光時間僅為0.1-2 s，比目前已公開報道的使用紫外光交聯方法的3D打印技術至少縮短了一半。在50微米的分辨率下，PPF/HPA樹脂的打印速度可達18 cm/h，而PPF/DEF樹脂的打印速度僅為其五分之一。得益于更完善的交聯網絡，使用PPF/HPA樹脂打印的支架結構比PPF/DEF樹脂支架具有更低的收縮率、更高的剛度和韌性，以及更好的形變回復能力，具有4D打印的特性。初步體外細胞實驗也證明這些支架的細胞相容性好，為在支持骨組織修復上使用奠定了基礎。

圖1 面投影微立體光刻技術（nanoArch P140，摩方精密）快速制備PPF/HPA支架

圖2 PPF/HPA、PPF/DEF兩種樹脂的打印速度對打印分辨率和光強的依賴關系

圖3 PPF/HPA支架結構的優異力學性能

論文為中山大學材料科學與工程學院獨立完成，第一作者為碩士研究生利文杰，第二作者為博士研究生成肖鵬，其導師王山峰教授、王苑講師為共同通訊作者。該研究得到中國國家自然科學基金（51973242）、中山大學“百人計劃"啟動經費、廣州市科技計劃重點項目（201704020145）、和廣東省基礎與應用基礎區域性聯合研究計劃（2020A1515110674）的支持。

原文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.addma.2021.102446