有机硅3D打印医用材料

1. 痛点问题

有机硅材料具有柔软亲肤、耐高低温、耐辐射、无毒无味、以及生物相容性和环境稳定性好等特点,一直以来在汽车、飞机、军事技术、电子设备等领域发挥重要作用，同时也广泛应用于生物医学领域，包括模拟医学模型、医用植入物、假肢、嵌入式传感器、柔性电子器件、柔性机器人等。对于一些特殊应用(例如医疗插入物和假体)，传统的成型方法(如注射成型、吹塑成型、压缩成型等)难以满足个性化的需要。因此，开发有机硅弹性体的三维打印材料和方法势在必行。然而，由于有机硅弹性体的柔软性，3D打印得到的模型往往精度较低或难以保持形状，这使得有机硅弹性体的3D打印极具挑战性。现有的解决方案是在有机硅中引入其它组分提高其形状保持能力。但其它非有机硅组分的引入会使得产品难以保持有机硅的特殊理化性质（如柔顺性、环境稳定性、生物相容性等）。因此,市面上能够进行3D打印且有机硅含量高的材料非常少。

2. 解决方案

南京大学项目团队通过在有机硅高分子骨架中引入动态化学键，开发了一系列能够进行3D打印的有机硅材料,该类材料的杨氏模量0.1-100 MPa,断裂伸长率20-500%。由于性能跨度较大,利用这些材料不仅能打印柔软的有机硅弹性体，还能打印出软硬不同以及刚度可变的各种产品，同时打印出来的产品受损后还具有自修复的能力。

3. 竞争优势分析

1）现有的有机硅3D打印医用材料往往含有很非有机硅组分，使得产品不像纯硅制品那么柔软亲肤，同时，其环境稳定性和生物相容性也大打折扣。该材料中有机硅组分的含量为80%以上，能较好地维持有机硅的本征属性；

2）3D打印材料所制备的产品往往一次整体成型，无法通过更换零部件的方式进行修复，只能整体废弃。利用该材料打印出来的产品受损之后可以快速修复或只需要对损坏部位进行修复即可，可大大降低了这些高消耗行业的维护成本；

3）通常的3D打印机无法打印比自身更大尺寸的物件。利用该类材料可以将传统砖块堆砌方法和现代3D打印技术的优势结合起来，通过打印小物件，然后利用自修复技术能够将小物件组装成一体化的大物件。同时打印出来的产品具有各向同性的机械力学性质；

4）该材料具有变刚度性质，可用于医用外固定支架。与常规低温热塑版相比，该材料具有诸多优点，例如成本低，跟石膏绷带不相上下；热变形温度低，制作使用方便，并且可以适应人体任何部位的形状；强度高，硬度较大且硬化后不变形；对皮肤无毒副作用；质量轻，不怕水，透气，不影响伤员的日常活动；可方便拆卸和循环利用等。