水凝膠因其高含水性與優(yōu)異生物相容性,是組織工程、可穿戴醫(yī)療與生物電子學中的核心材料。然而在 DLP/SLA 等光固化打印中卻面臨長期瓶頸:光散射嚴重(水相環(huán)境易造成固化區(qū)域“溢出”,導致細節(jié)模糊);聚合速率難控制(固化過快導致“過固化”與結構變形);光吸收劑問題(傳統光吸收劑溶解性差、毒性高,難以在水凝膠體系中發(fā)揮作用)。這些問題導致高精度水凝膠打印一直難以兼顧精細結構與材料性能。
喬瑞瑞教授帶領的科研團隊針對上述問題,首先開發(fā)RAFT聚合物修飾的液態(tài)金屬納米顆粒(pLMNPs),并系統揭示了其在水凝膠光固化體系中的多層次作用機制:團隊發(fā)現,pLMNPs能夠有效降低樹脂中的光散射;增強局部光場聚焦,提高固化精度;同時緩和聚合反應速率,顯著降低過固化現象,進而實現結構邊緣更銳利、維度誤差更低的高保真3D打印,即便延長曝光時間仍保持高保真度。研究團隊證實,pLMNPs在多種常用水凝膠體系中均保持良好的打印性能提升。此外,pLMNPs 與水凝膠樹脂之間的可逆動態(tài)鍵大幅改善水凝膠機械性能。

圖1. 液態(tài)金屬納米顆粒在水凝膠樹脂中的穩(wěn)定性、聚合動力學、打印分辨率的表現。

圖2.復雜模型的3D打印以及液態(tài)金屬納米顆粒對于3D打印水凝膠機械性能的改善。
得益于液態(tài)金屬納米顆粒優(yōu)秀的光熱性能,3D打印的液態(tài)金屬納米顆粒水凝膠復合物在808 nm激光的刺激下展現出良好的廣譜抗菌潛力,在可植入材料、創(chuàng)面敷料和抗感染器件中具有潛在價值。
基于液態(tài)金屬納米顆粒的多功能聚合物復合材料是喬瑞瑞教授團隊的重點研究方向之一。團隊近年來圍繞液態(tài)金屬材料在軟體機器人、智能復合材料、生物醫(yī)學器件等領域持續(xù)展開系列研究:過去兩年,團隊先后開發(fā)了基于液態(tài)金屬納米顆粒的軟機器人(Nat. Commun. 2023, 14, 7815)、可變形液態(tài)金屬納米顆粒實現軟硬耦合機器人結構(Adv. Mater. 2024, 36, 2409789)并總結了有機無機納米復合材料的制備:從傳統合成到增材制造(Adv. Mater. 2025. 37, 2505504)。本論文第一作者為博士生黃續(xù)民,通訊作者為喬瑞瑞教授、Kourosh Kalantar-Zadeh教授以及張力文博士。
文章鏈接
X. Huang, L. Zhang, N. K. A. Nasar, et al. “ Vat Photopolymerization of Liquid Metal Nanoparticle-Integrated Hydrogels.” Adv. Funct. Mater. (2025): e23767.
https://doi.org/10.1002/adfm.202523767
- 中科院理化所劉靜團隊 Nanoscale:首個液態(tài)金屬細胞問世,解鎖 “小腔室,大世界”豐富特性與應用 2026-03-29
- 東南大學張久洋教授團隊 Nat. Commun.:多元液態(tài)金屬的動態(tài)界面配位實現聚合物功能材料的自修復 2026-02-28
- 廈門大學白華課題組 Matter:液態(tài)金屬有機高內相乳液用于同軸3D打印彈性導電纖維 2025-11-07
- 王育才/劉莊/蔣為 JACS:發(fā)展聚合物–脂質載體通過配方優(yōu)化建立mRNA器官選擇性遞送的定量預測模型 2026-03-03
- 北化許海軍教授團隊 CEJ: 低成本原位光催化技術突破摩擦納米發(fā)電機高性能電極瓶頸 →在疏水性聚合物表面原位生長銀納米顆粒電極 2025-08-07
- 華南理工大學王林格教授團隊 Small:以聚合誘導自組裝方法制備與調控具有剛性直鏈成核鏈段的球狀液晶納米顆粒 2025-07-13
- 北科大王東瑞教授課題組 Small:無掩模直接印刷制備高分辨率、可定制化、適形性好且可回收的曲面微電極 2025-03-18