作为能够保留大量水分的亲水性聚合物网络，水凝胶已被广泛用于各种领域中。尤其最近在高度拉伸性水凝胶方面的进展已将其应用扩展到软体机器人，透明触摸面板和其他需要大变形的应用领域中。

然而，传统的水凝胶结构制造方法主要依赖于制模和浇筑。这限制了其几何结构的复杂性和设计自由度，从而也影响了其应用范围。随着近年来3D打印技术的快速发展，科研人员也尝试通过使用3D打印来制作复杂几何形状的水凝胶结构，其中包括心血管网络、多孔支架、半月板替代物等。然而，现有的水凝胶3D打印技术不能兼顾高分辨率，高几何复杂性和高拉伸性，这大大限制了它的实用性。

为了解决这一问题，新加坡科技设计大学(Singapore University of Technology and Design-SUTD)的葛锜助理教授（通讯作者）科研团队和以色列希伯来大学（The Hebrew University of Jerusalem， HUJI）Shlomo Magdassi教授（通讯作者）科研团队合作研发了一系列高度可拉伸和可紫外光固化的水凝胶。通过将自制高效水溶性TPO纳米颗粒光引发剂引入到水凝胶前驱体中，可以使得所制备水凝胶溶液适用于基于紫外光固化的3D打印技术，用来制备高分辨率（最高可达7微米）的复杂水凝胶3D结构。同时，打印的水凝胶样品可以被拉伸超过1300%，展现出优异的大变形能力。另外，水凝胶优异的生物相容性使得它们可以用来直接3D打印生物结构和组织。其优异的光学清晰度又为3D打印隐形眼镜提供了可能性。更重要的是，这种3D打印水凝胶能够与商业化的可3D打印弹性体在界面处形成很强的结合力，本文作者利用此性能成功实现了直接3D打印水凝胶- 弹性体多材料结构。这项研究发表于《Journal of Materials and Chemistry B》。由于该项研究的创新性和重要性，其被选为该杂志2018年第20期封面文章。

文章的共同第一作者为新加坡科技设计大学的张彪博士、李诗雅(现就读与英国伦敦帝国理工学院)和Hardik Hingorani。

图1. 3D打印高分辨率，高几何复杂性和高变形性的水凝胶及其应用。

领导科研团队的葛锜助理教授对「高分子科学前沿」小编说到：“这种3D打印水凝胶能同时兼顾高打印分辨率，高几何复杂性和高变形性。通过对交联剂浓度和分子量及含水量的调节，这种水凝胶体系表现出力学性能的可调控性。优异的生物相容性使其可直接用来3D打印生物结构和组织。同时，这种3D打印水凝胶展现出与商业化的可3D打印弹性体性强大的界面结合能力，这使得他们有潜力成为制造柔性电子器件的良好材料。总体而言，我们相信这种高度拉伸和紫外线固化水凝胶以及基于UV固化的3D打印技术将显着提高生物结构和组织，隐形眼镜，柔性电子设备和许多其他应用的制造能力。”