日前，研究人員已經開發出一種方法，通過3D打印堅韌的纖維增強性水凝膠來模擬人類軟骨的柔軟和強度，可以用來修復人體受損的器官。

水凝膠比較適于制造以醫療為目的的人造器官。但是要滿足生物應用方面的要求，設計和合成的水凝膠就必需具有較高的機械強度。 然而，這一點是傳統的水凝膠的一大弱點，從而嚴重限制了水凝膠的實際應用范圍。

為此，澳大利亞研究理事會卓越電子材料科學中心（ACES）的博士研究生Shannon Bakarich發明了使用3D打印技術打印纖維增強的水凝膠的解決方案。

他們合成的水凝膠包含了大量的水，非常適宜于醫學仿生方面的應用。 而它們的柔軟度，則與硬質材料相比更易于被身體接受。

為了創建自己的增韌水凝膠，Shannon使用一臺帶定制的UV固化系統的3D打印機同時打印了兩種“生物油墨”。一種”油墨“固化成了柔軟的濕凝膠，而另一種則在結構中加入了增強纖維，變成了類似堅硬的塑料之類的物質。為了平衡兩種墨水的屬性，就需要在同一個打印作業中讓他們可以并排打印。

“使用CAD軟件，我可以建立一個纖維和水凝膠基體的數字模型，通過小心地控制結構中纖維的分布來調整機械性能，”Shannon說。

“打印的纖維增強水凝膠與玻璃纖維增強沖浪板的原理是一樣的”。

Shannon的新方法使用了一步式打印工藝，而不是以前其他科學家在結合兩種不同的材料時經常使用的兩部法。該新方能夠更好地控制纖維的3D分布，而且更快、更簡單。

為了證明他的3D打印纖維增強水凝膠的潛力，Shannon 用它模擬真實軟骨的水凝膠和纖維結構，制造了一個膝蓋軟骨的原型。這個3D打印模型有力地證明了該技術在開發多組分水凝膠結構以用于軟機器人和醫用仿生方面應用的前景。

這項研究發表在2014年9月8日的《Applied Materials & Interfaces》上。