基于海藻酸钠-钙离子插层蛭石复合水凝胶的4D打印技术：提升可打印性与形变能力的新策略

为解决生物聚合物在4D打印中存在的可加工性和结构惰性问题，研究人员开发了一种新型海藻酸钠（SA）与钙离子插层二维蛭石（CaV）复合水凝胶。通过原位物理交联方法，该材料展现出优异的流变特性、3D打印精度及快速形变能力，为智能组织工程和软机器人等领域提供了创新解决方案。

　　

4D打印技术因其能够制造刺激响应结构而备受关注，但生物聚合物（如海藻酸钠）的应用仍面临可加工性差和结构稳定性不足的挑战。针对这些问题，研究人员开发了一种结合海藻酸钠（SA）与钙离子插层二维蛭石（CaV）的复合水凝胶系统，通过创新的原位物理交联方法，显著提升了材料的打印性能和形变能力。这项研究发表在《International Journal of Biological Macromolecules》上，为智能生物材料的设计提供了新思路。

研究团队采用离子交换法制备CaV，通过流变学测试优化复合水凝胶配方，并利用直接挤出3D打印技术构建复杂结构。关键实验包括剪切稀化和动态流变分析、形貌表征（TEM/SEM）、压缩力学测试以及溶剂触发形变行为观察。

3.1 流变学特性
复合水凝胶表现出优异的剪切稀化行为和弹性主导特性（G′ > G″），其中SA-CaV15的流变性能最佳，适合高精度打印。

3.2 可打印性
SA-CaV15成功打印出网格、花朵和中空管等复杂结构，线宽低至712±94 μm，且压缩强度显著提升，证实其自支撑能力。

3.3 形变行为
溶剂处理（丙酮/乙醇）触发快速形变（2-9分钟完成管状折叠），速度与溶剂蒸气压相关，归因于蛭石的梯度溶胀特性和SA-CaV的机械强度。

3.4 PBS稳定性
3D打印结构在生理环境中保持3小时不崩解，结合SA和蛭石的已知生物相容性，预示其在生物医学应用的潜力。

该研究首次将CaV作为流变增强剂和形变触发剂整合到SA水凝胶中，实现了高分辨率打印与可控形变的统一。其意义在于：1）解决了生物聚合物打印中的结构稳定性难题；2）通过溶剂响应设计拓展了4D打印在动态组织工程（如血管支架）和软体机器人领域的应用场景；3）为可持续生物基智能材料的开发提供了可借鉴的策略。未来研究可进一步探索长期生物相容性和更复杂的多刺激响应行为。