磁性軟體變形結(jié)構(gòu)具有遠(yuǎn)程驅(qū)動(dòng)、無約束、操控性強(qiáng)及可穿透封閉空間的優(yōu)勢,在軟體機(jī)器人以及生物醫(yī)療等領(lǐng)域展現(xiàn)出較大的潛力。近年來,關(guān)于磁性軟體變形結(jié)構(gòu)的研究層出不窮,成為軟體機(jī)器人的研究熱點(diǎn)。水凝膠作為常見的軟材料,具有良好的生物相容性、刺激響應(yīng)性的特點(diǎn),是制造軟體機(jī)器人的良好材料。然而關(guān)于磁性水凝膠的變形結(jié)構(gòu)鮮有報(bào)道,因?yàn)樗z含有大量水分,磁粉含量有限,磁化強(qiáng)度較低,難以在靜態(tài)磁場中驅(qū)動(dòng)。
針對此問題,西安交通大學(xué)航天航空學(xué)院唐敬達(dá)副教授等人,采用直寫打印制備了磁性水凝膠/硅橡膠的異質(zhì)結(jié)構(gòu),利用磁性溫敏水凝膠的磁熱效應(yīng)實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜變形,并展示了該變形結(jié)構(gòu)在磁熱療方面的初步應(yīng)用。 研究成果以“Programmable shape transformation of 3D printed magnetic hydrogel composite for hyperthermia cancer therapy”為題發(fā)表在《Extreme Mechanics Letters》上。
研究人員基于課題組之前的3D打印異質(zhì)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)韌粘接技術(shù)(Adv. Funct. Mater. 2019, 1901721)和水凝膠磁熱驅(qū)動(dòng)變形原理(ACS Appl. Mater. Interfaces. 2019, 11, 21194?21200),提出了磁性水凝膠/硅橡膠異質(zhì)變形結(jié)構(gòu)的3D打印方法。為實(shí)現(xiàn)水凝膠磁控復(fù)雜變形結(jié)構(gòu),需要對磁性水凝膠的打印性能、力學(xué)性能、磁學(xué)性能和粘接性能四個(gè)方面進(jìn)行調(diào)控。
圖1 磁性水凝膠/硅橡膠異質(zhì)變形結(jié)構(gòu)的3D打印
首先打印了磁性水凝膠的復(fù)雜結(jié)構(gòu)及磁性水凝膠/硅橡膠異質(zhì)結(jié)構(gòu),通過拉伸 “熊貓”圖案,直觀地展示了磁性水凝膠/硅橡膠異質(zhì)結(jié)構(gòu)具有良好的界面粘接性能,為水凝膠磁控復(fù)雜變形結(jié)構(gòu)的制造奠定了基礎(chǔ)。
圖2 磁性水凝膠與磁性水凝膠/硅橡膠異質(zhì)結(jié)構(gòu)
其次,作者對磁性水凝膠的磁學(xué)性能、力學(xué)性能和粘接性能進(jìn)行了定量表征。
圖3 磁性水凝膠的磁學(xué)、力學(xué)、粘接性能
設(shè)計(jì)了多種磁性水凝膠/硅橡膠異質(zhì)結(jié)構(gòu),通過3D打印的方式予以實(shí)現(xiàn),在動(dòng)態(tài)磁場中驅(qū)動(dòng)變形。
圖4水凝膠磁控復(fù)雜變形結(jié)構(gòu)
最后,開展了水凝膠磁控變形結(jié)構(gòu)包裹腫瘤細(xì)胞(黑色素瘤細(xì)胞),并進(jìn)行磁熱療的體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明該變形結(jié)構(gòu)對腫瘤細(xì)胞的殺死率高達(dá)50%。
圖5水凝膠磁控變形結(jié)構(gòu)包裹腫瘤細(xì)胞進(jìn)行磁熱療
該研究工作發(fā)表于Extreme Mechanics Letters。西安交通大學(xué)唐敬達(dá)副教授為第一作者,王鐵軍教授為通訊作者。西安交大前沿院郭保林教授為論文合作作者。
論文信息及鏈接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352431621000778
作者簡介:
唐敬達(dá),西安交通大學(xué)副教授,北京大學(xué)與哈佛大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)博士(導(dǎo)師為方岱寧院士和鎖志剛院士),2017年進(jìn)入西安交通大學(xué)航天航空學(xué)院工作,在軟物質(zhì)力學(xué)領(lǐng)域開展研究。發(fā)表論文20余篇,其中以第一/通訊作者發(fā)表在Matter,J. Mech. Phys. Solids, Adv. Funct. Mater., ACS Appl. Mater. Interfaces等期刊上。
- 中南民族大學(xué)秦四勇、黃蓉團(tuán)隊(duì) AFM:具有分層結(jié)構(gòu)的可注射肽液晶水凝膠指導(dǎo)成肌細(xì)胞排列 - 促進(jìn)肌肉功能恢復(fù) 2025-07-09
- 西南林大杜官本教授、楊龍研究員團(tuán)隊(duì) Nat. Commun.:碳化聚合物點(diǎn)誘導(dǎo)結(jié)晶域集成取向調(diào)控構(gòu)建強(qiáng)健和堅(jiān)韌水凝膠 2025-07-07
- 中山大學(xué)吳丁財(cái)/黃榕康/鄭冰娜/王輝團(tuán)隊(duì) Adv. Mater.:具有長駐留性的可注射多孔炭納米酶水凝膠實(shí)現(xiàn)腫瘤的協(xié)同治療 2025-07-04
- 中國科大龔興龍教授團(tuán)隊(duì) Small:界面工程輔助3D打印硅橡膠復(fù)合材料 - 協(xié)同優(yōu)化抗沖擊性能與電磁干擾屏蔽效能 2025-05-01
- 華南理工大學(xué)郭建華教授團(tuán)隊(duì) CEJ:具有垂直排列結(jié)構(gòu)的高導(dǎo)熱強(qiáng)電磁屏蔽碳纖維/硅橡膠復(fù)合材料 2024-04-29
- 西南林業(yè)大學(xué)高偉教授團(tuán)隊(duì) Chem. Eng. J.:為木材涂好超強(qiáng)“防曬霜” 2023-12-20