利用UV辅助FDM技术打印形状记忆医用体外固定器件模型

近年来，随着形状记忆高分子材料（Shape memory polymers，SMPs）的快速发展和广泛应用，适合规模化制备单一形状制品的传统加工方式已无法满足应用需求。3D打印技术这一新兴制造技术的出现为形状记忆聚合物材料的进一步发展提供了新的契机。尤其在生物医用领域，对于一些具有复杂结构和个体差异性的器件，3D打印无疑是最为理想的制造手段。其中，熔融挤压堆积成型（FDM）由于技术的简便性以及与多种材料的广泛兼容性使其成为最通用的技术之一。但是受FDM打印原理限制，用于打印的聚合物材料需具备热塑性。对于SMPs而言，具有交联结构的热固性材料相比于热塑性聚合物往往具有更优异的结构稳定性以及形状记忆性能。

针对上述问题，本室利用UV辅助FDM技术通过原位光交联策略可打印出形状记忆共聚酯交联网络。首先选用聚乳酸（PLA）和聚己内酯（PCL）为形状记忆材料的主要组成链段，以含有不饱和键的富马酰氯为扩链剂，制备出U-PLA-PCL不饱和共聚酯，并加入光引发剂混合后制备成打印线材，最后采用UV辅助FDM策略打印出所需的3D模型（图1）。该打印策略使共聚酯链段中的双键在熔融状态发生原位交联反应，不仅显著提高了打印制品层间结合力，也保证了其优异的形状记忆性能。在对材料的性能及打印工艺参数进行优化以后，设计并打印了针对个体差异性和个体适应性治疗策略的肘关节保护器模型，并模拟其相应的变形过程，实验结果表明，这两种模型都可以通过适当的形状记忆编程来实现良好的固定保护作用（图2）。该策略为FDM技术在热固性SMPs成型中的应用提供了新的思路。该工作近期发表在Chemical Engineering Journal 上，论文第一作者为本室硕士生成川颖。