生物组织已经发展了数千年，可以针对其特定功能进行完美优化。以软骨为例。它是一种柔顺的弹性组织，其柔软到足以缓冲关节，但又足以抵抗压缩并承受人体的巨大负荷：跑步，跳跃和日常磨损的关键。
创建真正匹配生物组织特性和行为的合成替代品并非易事。但是，由机械工程师教授Chris Yakacki博士领导的科罗拉多大学丹佛分校的科学家率先使用液晶弹性体(LCE)3D打印复杂的多孔晶格结构，从而创建可以最终模拟软骨和其他生物组织的设备。
CU Denver团队，包括Kai Kai教授，博士后Devesh Mistry博士，博士生Nicholas Traugutt以及中国南方科技大学的科学家，本周在《先进材料》杂志上发表了他们的发现。。
LCE制造的革命
Yakacki在CU Denver的智能材料和生物力学(SMAB)实验室工作，于2012年开始与LCE合作。这种柔软，多功能的材料以其弹性和出色的消散高能量能力而著称。Yakacki在2018年获得了NSF CAREER奖，以彻底改变LCE的可制造性，并获得了几轮资金来将其开发为足球头盔减震器。即使那样，他也知道它的应用可能会更进一步。
Yakacki说：“每个人都听说过液晶，因为您在手机显示屏上盯着它们看。” “而且您可能听说过液晶聚合物，因为这正是凯夫拉尔的本质。我们面临的挑战是将它们引入柔软的聚合物(如弹性体)中，以用作减震器。那是当您降低复杂性时。”
LCE操作起来很棘手。到现在为止，大多数研究人员可以在微观结构上创建具有最小细节的大型对象或具有高细节的对象。但是与电话屏幕一样，具有高分辨率的大型设备才是未来的方向。Yakacki和他的团队的化学药品和印刷工艺使难度降低到几乎为零。
照亮蜂蜜般的树脂
Yakacki及其团队在研究中探索了一种称为数字光处理(DLP)的3D打印过程。该团队开发了一种类似蜂蜜的LC树脂，当受到紫外线照射时，它会固化-在一系列薄的光敏聚合物层中形成新的键。最终的固化树脂形成柔软，牢固且柔顺的弹性体。当以格子状结构(类似于蜂窝状的图案层次)进行印刷时，即开始模仿软骨。
该小组印刷了几种结构，包括一朵细细的荷花和一个脊椎融合器的原型，创造了最大，最细致的LCE设备。树脂与印刷工艺的结合，与从市售的光固化弹性体树脂印刷的树脂相比，还具有更高的12倍的速率依赖性和高达27倍的应变能耗散。
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