用硅胶3d打印大脑血管可以改善和个性化神经外科手术
根据我们最近发表在《科学》杂志上的研究，一种使用硅胶的新型3d打印技术可以制作大脑血管的精确模型，使神经外科医生在手术前能够进行更真实的模拟训练科学．
许多神经外科医生在进入手术室之前都要练习每一项手术基于模型他们对病人大脑的了解。但目前神经外科医生用于训练的模型不能很好地模仿真正的血管．它们提供不现实的触觉反馈，缺乏微小但重要的结构细节，而且通常排除了决定每次手术如何进行的整个解剖组成部分。在术前模拟过程中对患者大脑进行逼真和个性化的复制，可以减少真实手术过程中的错误。
3 d印刷然而，它可以制造出具有外科医生所需的柔软触感和结构精度的复制品。
3D打印通常被认为是一个过程，包括铺设一层又一层熔化的塑料，这些塑料固化后形成一个自我支撑的结构。不幸的是,许多柔软的材料不会像3D打印机通常使用的塑料丝那样融化和重新凝固。用户只能用柔软的材料拍摄一次硅胶-它们必须在液态然后不可逆转地固化。
三维液体整形
如何用液体做出一个复杂的3D形状，而不会最终形成一个水坑或一个下垂的斑点?
研究人员开发了一种广泛的方法嵌入式3D打印为了这个目的。使用这种技术，“墨水”被沉积在第二个支撑材料的浴槽中，该材料被设计成在打印喷嘴周围流动，并在喷嘴离开后将墨水困在原地。这使得用户可以通过将液体困在三维空间中，直到打印结构固化，从而用液体创建复杂的形状。嵌入式3D打印已经有效地用于构造各种软性材料比如水凝胶，微粒，甚至活细胞。
然而，用硅胶打印仍然具有挑战性。液态硅是一种油，而大多数支撑材料是水基的。油和水有高界面张力，即驱动力为什么油滴在水中呈圆形。这种力也会导致3d打印的硅胶结构变形，即使在支撑介质中也是如此。
更糟糕的是，这些界面力驱使小直径的硅胶特征在打印时破裂成液滴。大量的研究已经用于制造可以打印的硅材料没有支撑但这些沉重的修改也改变了用户关心的性能，比如硅胶的柔软程度和弹性。
3d打印硅胶AMULIT
作为研究人员工作的界面软物质物理，机械工程而且材料科学，我们决定通过开发a来解决界面张力的问题支撑材料由硅油制成．
我们推断，大多数硅胶油墨在化学上与我们的硅胶支撑材料相似，因此大大减少了界面张力，但也有足够的不同，以保持分离时，放在一起进行3D打印。我们创造了许多候选支撑材料，但发现最好的方法是制造硅油和水的致密乳液。你可以把它想象成晶莹剔透的蛋黄酱，它是由连续的硅油中填充的微水滴制成的。我们称这个方法为超低界面张力(AMULIT)的增材制造．
使用AMULIT支持介质，我们能够以高分辨率打印现成的硅胶，创建直径小至8微米(约0.0003英寸)的特征。打印的结构与传统的模制结构一样具有弹性和耐用性。
这些功能使我们能够基于3D扫描3D打印患者大脑血管的精确模型，以及基于平均人体解剖学的功能心脏瓣膜模型。
医疗保健领域的3D硅胶打印
硅是一种无数产品的关键组成部分从炊具和玩具等日常消费品，到电子、航空航天和医疗保健行业的先进技术。
有机硅产品通常是通过将液态有机硅浇注或注射到模具中，并在凝固后去除铸件来制造的。制造高精度模具的费用和难度限制了制造商的产品只有几个预定的尺寸，形状和设计。从模具中去除精致的硅胶结构而不损坏是一个额外的障碍，在制造高度复杂的结构时，制造缺陷会增加。
克服这些挑战可以使先进的硅基技术在医疗保健行业的发展成为可能，其中个性化植入物或患者特定的生理结构模拟可以改变医疗保健。
更多信息:Senthilkumar Duraivel等人，硅基支撑材料消除了3D硅打印中的界面不稳定性，科学(2023)。DOI: 10.1126 / science.ade4441
