墨水直写3D打印是一种运用广泛的增材制作技能，该办法依靠的墨水成分挑选空间大而且制作本钱相对低价。可是，墨水直写办法受制于低打印分辨率，在打印高分辨率的三维结构方面好不容易。水凝胶是一个高度溶胀的高分子网络，失水时能够发生巨大的体积改变，运用三维水凝胶结构的体积缩短来制作微型结构是一个可选的方案。此外，墨水直写办法在打印具有杂乱悬空结构时相同面临着应战，常用的战略是后期将方针资料灌入打印的献身模板中来直接制作杂乱三维结构。最近的研讨作业会集在光固化献身模板上，可是去除这些模板一般要高温处理或有毒溶剂，极大地约束了可灌注的方针资料品种。
近来，我国科大俞书宏院士团队报导了一种进步墨水直写3D打印技能分辨率的办法，该办法是根据一种可打印水凝胶（卡波姆凝胶）的可控缩短特性。研讨人员经过引进分子链间的共价键交联赋予了水凝胶枯燥后均匀缩短的特性，3D打印水凝胶结构的体积可缩短至原先的0.5%，进步了墨水直写3D打印技能的制作分辨率。此外，研讨人员运用该水凝胶系统预先打印献身模板，而非将方针资料墨水直接归入打印墨水系统，无需对方针墨水的流变功用进行从头规划，拓宽了可制作资料的品种。该研讨成果以“Controlled desiccationof preprinted hydrogel scaffolds toward complex 3D microarchitectures”为题宣布在Advanced Materials上。我校博士生崔晨为论文的榜首作者，俞书宏院士和高怀岭教授为通讯作者。
为了进步墨水直写3D打印技能的打印杂乱度和打印分辨率，研讨人员运用具有可控缩短特性的水凝胶微粒作为献身模板的墨水，打印的水凝胶献身模板在受控枯燥后体积缩短了99.5%（图1g），成功制作了具有亚毫米分辨率的杂乱三维结构（以双螺旋结构为例）。研讨标明，水凝胶中的分子间共价交联是完成水凝胶均匀缩短的重要的条件之一。研讨人员测试了多种交联办法的水凝胶，验证了该战略的普适性。
图1可控缩短水凝胶经过墨水直写3D打印制备献身模板，打印结构经过天然枯燥，在坚持原先结构的条件积大大减小，由此进步了制作分辨率
为了进一步研讨献身模板中孔道的几许各向异性对缩短均匀性的影响，研讨人员别离打印了具有水平缓竖直圆柱形孔道的支架。水平缓竖直孔道截面的堆叠系数别离为0.94和0.95，标明晰孔道结构缩短前后的高形状坚持率和水凝胶支架在三维空间的均匀缩短（图2a）。为了探究水凝胶的最大缩短倍数，运用氢氧化钠中和的卡波姆凝胶别离完成了在水平方向上5.95倍、在竖直方向上5.32倍的均匀缩短（图2b）。
研讨人员进一步规划了一个具有三维导电通路的逻辑电路和磁性微型机器人作为概念验证。可控缩短的3D打印水凝胶在枯燥后构成了微电路支架，注入的液态金属EGaIn构成了内部的导电通路。Micro LED被固定在立方体电路的五个表面上，经过衔接底部不同的触点对，Micro LED会被顺次点亮（图2g）。运用可控缩短的3D打印水凝胶作为献身模板还制作了特征尺度为90微米的磁性微型机器人。在可控磁场的效果下，该微型机器人具有十分杰出的旋转和运动功用。
图2水凝胶献身支架中孔道的几许各向异性对均匀缩短的影响及制作的三维电路器材
研讨人员运用可打印水凝胶的可控缩短特性进步了墨水直写3D打印技能的制作分辨率和结构杂乱度。未来，水凝胶辅佐3D打印办法将为处理三维微纳制作的经济性和灵敏性问题供给新的思路。
该作业遭到国家重点研制方案、国家天然科学基金、安徽省高校协同立异项目、中心高校根本科研专项资金等赞助。