近日，發表在《Advanced Materials》雜志上的一篇論文稱，研究人員已經找到一種方法，可以制作出非常堅韌結實的水凝膠，而且這種材料也可以支持將細胞封裝在其結構內。該論文的題目是《用高伸縮性堅韌水凝膠3D打印復雜的細胞化結構（3D Printing of Highly Stretchable and Tough Hydrogels into Complex, Cellularized Structures）》。

那么，這一消息的重要性在哪里呢？

最關鍵的是，由于該水凝膠變得更加堅韌、結實，它的可應用范圍將大大增加。而對于3D打印領域來說，這意味著它能夠被3D打印，也既是它可以用于更加精細的定制化生物制造。這些水凝膠將成為制造軟機器人上的致動器的完美解決方案。而最讓人感興趣的是，這種“超級水凝膠”可用于3D打印可置換關節以及人類鼻子、耳朵軟骨。

“這種材料是一種真正的創新——可作為3D打印新油墨的高強度生物相容性水凝膠。”麻省理工學院（MIT）副教授、論文的共同作者之一趙宣和（Xuanhe Zhao）稱。“具體來說，它是由兩種不同生物聚合物制成的復合材料。這兩種材料每種單獨看來都十分脆弱，一旦你把它們放在一起，就會變得非常堅韌和結實。這就像鋼筋與混凝土的關系。”

這些水凝膠的屬性與人類軟骨相似，但性能遠遠優于真正的人類軟骨。例如，它們可被3D打印成各種不同的形狀，比如金字塔、螺旋、中空立方體等等。它們可以3D打印成一個人的鼻子或耳朵的形狀，以及人體關節內軟骨的形狀。尤其值得一提的是，該水凝膠的可壓縮率接近99%，從下面的視頻可以看到，一個3D打印的水凝膠金字塔可以被壓縮至幾乎達到一張紙的厚度，放松之后它會很容易地反彈到原來的形狀。它還能被拉伸至原有大小的5倍。

研究人員也能很容易地調整其粘度使其可以作為3D打印材料。另外它的強度也比普通的人類軟骨強得多，這意味它可以成為非常完美的人類關節軟骨的替代材料。

之前的水凝膠除了無法3D打印之外，而要獲得堅韌的屬性就要加入一些特殊的化學品，這就幾乎無法用它們來封裝活細胞，因為這些化學物質會很快都讓它們死光光。

而這種新型的水凝膠能則能夠填裝各種活的細胞，比如干細胞，而不會使其受到任何損害。這就為未來的醫療應用帶來各種各樣的可能性。

用該水凝膠材料在各種尺度下制造的結構，最小可達分子水平（上圖）。使用該材料3D打印出來的對象彈性非常好，它可以被壓平，然后彈回到原有形狀（下圖）

組成該超級水凝膠的聚合物之一提供了極端的彈性，而另一種聚合物則可以保證其在變形時不至于像普通的脆性水凝膠那樣裂開。而研究人員還在這兩種聚合物中加入了具有生物相容性的“納米粘土”，使得可以精準地控制該水凝膠從3D打印機的噴嘴中流出。

目前，研究人員們正在努力完善這種材料的3D打印方法。當前的3D打印機已經能夠使用該材料以500微米的精度打印3D對象，預計這一精度將很快能夠進一步提高。