嵌入式墨水书写（EIW）
是一种新兴的
3D打印技
术
，近年来发展迅速。EIW技术因其几何复杂性、可打印特征尺寸范围以及墨水材料选择的广泛性，在生物医学工程、航空航天工程、软机器人和可穿戴传感器等领域得到了广泛应用。
然而，
当前EIW技术的打印速度受到限制
，通常在10毫米每秒左右，这主要是由于作为液体浴的颗粒主导的屈服应力流体的流变特性不足导致的。
针对此问题，来自
爱荷华州立大学
的
Yiliang Liao
团队，
大连理工大学
的
赵丹阳
团队以及
内华达大学里诺分校
的
Yan Wang，AkhileshK.Gaharwar和Yifei Jin
团队，联合研究了
一
种通过粒子-水凝胶交互系统实现高速嵌入式墨水书写（EIW）的方法
，成功打印出解剖尺寸的人体肾脏模型，突破了当前EIW的打印速度限制。相关研究以
“High-Speed Embedded Ink Writing of Anatomic-Size Organ Constructs”
为题发表在
《Advanced Science》
上。
这是一篇关于高速嵌入式墨水书写（EIW）技术的学术论文，主要介绍了通过粒子-水凝胶交互系统实现高速EIW的方法，并成功打印出解剖尺寸的人体肾脏模型。以下是对本研究创新点的简要概述：
（1）开发了粒子-水凝胶交互系统：
提出了一种新的粒子-水凝胶交互系统，通过纳米粘土与三种代表性聚合物水凝胶（海藻酸钠、PEGDA和Pluronic F127）的相互作用，设计出具有增强屈服应力和延长触变响应时间的先进浴液，从而实现高速嵌入式墨水书写（EIW）。
（2）突破了打印速度的限制：
通过优化浴液的流变特性，将EIW的打印速度提高了至少10倍，达到110毫米每秒，成功打印出解剖尺寸的人体肾脏模型，显著提高了制造效率。
（3）详细研究了高速打印下的丝材形成机制：
系统地研究了在不同流变特性的纳米复合材料中丝材的形成机制，提出了高屈服应力和长触变响应时间是实现高速EIW的关键参数，并通过实验验证了这些参数对丝材几何形状稳定性的影响。
这篇文章为提高EIW技术的打印速度提供了有效的解决方案，并通过成功打印解剖尺寸的人体肾脏模型展示了其在生物医学工程领域的巨大潜力。
1. 高速嵌入式墨水书写技术：突破打印速度极限
高速嵌入式墨水书写（EIW）技术是一种新兴的3D打印方法，它通过在具有屈服应力的流体中进行墨水沉积来构建复杂的3D结构。然而，传统的EIW技术由于流体材料的流变特性限制，打印速度通常被限制在约10毫米每秒。本论文通过开发一种粒子-水凝胶交互系统，成功突破了这一速度限制，实现了高达110毫米每秒的打印速度。这一突破是通过优化流体浴的屈服应力和触变响应时间实现的，使得打印过程能够在高速下进行，同时保持打印结构的几何精度和稳定性。这一技术的进步不仅显著提高了3D打印的效率，而且为未来在生物医学工程等领域的应用开辟了新的可能性。
图1 嵌入式墨水书写（EIW）的基本原理
2. 粒子-水凝胶交互系统：设计先进浴液的关键
粒子-水凝胶交互系统是设计先进浴液的关键技术之一。
在本论文中，研究人员通过将纳米粘土粒子与三种代表性聚合物水凝胶（海藻酸钠、PEGDA和Pluronic F127）混合，开发出一种新型的粒子-水凝胶交互系统。这种系统通过调控纳米粘土粒子与水凝胶之间的相互作用，能够显著增强流体浴的屈服应力并延长其触变响应时间。具体来说，纳米粘土与水凝胶的相互作用机制因水凝胶类型的不同而有所差异。例如，在纳米粘土-海藻酸钠系统中，低浓度的海藻酸钠可以通过静电相互作用增强纳米粘土的“纸牌屋”微观结构，从而提高屈服应力；而在高浓度下，海藻酸钠会破坏这种结构，导致屈服应力下降。在纳米粘土-Pluronic F127系统中，低浓度的Pluronic F127会形成核-壳结构，抑制纳米粘土的形成，而高浓度的Pluronic F127则会形成球形胶束，与纳米粘土的“纸牌屋”结构共同形成一种双微观结构，从而增强屈服应力。
