據Duraivel S 2023年3月24日[Science，2023，379（6638）：1248-1252.]報道，美國佛羅里達大學的研究人員開發(fā)了一種新型硅膠三維（3D）打印技術——超低界面張力增材制造（additive manufacturing at ultralow interfacial tension，AMULIT），可以用幾種市售硅膠配方制成精確、準確、堅固和功能性的結構。 為了達到這一性能水平，研究團隊開發(fā)了一種由硅油乳液制成的支撐材料。 這種材料對硅基墨水的界面張力可以忽略不計，消除了經常導致硅膠3D 打印失敗的界面張力。

許多神經外科醫(yī)生在進入手術室之前都會根據他們對患者大腦的了解來練習每一項手術。 但目前神經外科醫(yī)生用于訓練的大腦模型并不能很好地模擬大腦中真正的血管，這些模型無法提供真實的觸覺反饋，缺乏微小但重要的結構細節(jié)，而且通常不包含決定每次手術如何進行的整體解剖組分。 在手術前對患者的大腦進行逼真且個性化的模擬，可以減少醫(yī)生在真實手術過程中的錯誤。

3D 打印技術可以制造出具有外科醫(yī)生所需的柔軟手感和結構精度的復制品。 3D 打印過程中，打印設備鋪設一層又一層熔化的塑料，這些塑料固化后形成一個自我支撐的結構。 然而，許多柔性材料不能像3D 打印機通常使用的塑料絲那樣融化和重新固化。 用戶只能使用硅基軟材料一次性打印——打印時材料必須處于液態(tài)，在打印后不可逆固化。

如何使用液體材料打印一個復雜的3D 形狀，而且最終保持結構的精確性，不會出現一些坑坑洼洼的變形呢？ 在這項研究中，研究團隊決定通過開發(fā)一種由硅油（silicone oil，在室溫下保持液體狀態(tài)的線型聚硅氧烷產品）制成的支撐材料來解決界面張力的問題。 大多數硅膠墨水在化學上與硅膠支撐材料相似，因此極大地降低了界面張力，但也有足夠的差異，可以在3D 打印時放在一起保持分離。 研究團隊創(chuàng)造了許多候選支撐材料，但發(fā)現最好的方法是制造硅油和水的致密乳液，它是由連續(xù)的硅油中填充的微水滴制成，即AMULIT。 研究人員對已經廣泛使用的嵌入式3D 打印技術進行了改進，使用這種技術，打印“墨水”被沉積到第二個支撐材料的浴槽中，該材料被設計成在打印噴嘴周圍流動，并在噴嘴離開后將“墨水”困在原地。 這使得用戶可以通過將液體困在3D 空間中，直到打印結構固化，從而用液體創(chuàng)建復雜的3D 形狀。

使用AMULIT 支持介質，能夠以高分辨率打印現成的硅膠，創(chuàng)建直徑小至8 μm 的微小結構特征，而且打印的結構與傳統(tǒng)的模制結構一樣具有彈性和耐用性。 這些功能能夠基于3D 掃描數據來3D 打印患者大腦血管的精確模型，還能基于解剖學數據3D 打印一個功能性心臟瓣膜模型。 這種硅膠3D 打印的高分辨率患者大腦血管模型，能夠幫助神經外科醫(yī)生在手術前進行更真實的模擬訓練，從而改善治療效果。

AMULIT 技術克服了嵌入式3D 打印硅膠結構變形及支撐介質變形這些挑戰(zhàn)，讓先進的硅膠基技術在醫(yī)療衛(wèi)生領域的發(fā)展應用成為可能，例如打印用于治療的個性化植入物，以及為患者定植生理結構模型。