3D printing of hydrogels: Rational design strategies and emerging biomedical applications
3D printing alias additive manufacturing can transform 3D virtual models created by computer-aided design (CAD) into physical 3D objects in a layer-by-layer manner dispensing with conventional molding or machining. Since the incipiency, significant advancements have been achieved in understanding the process of 3D printing and the relationship of component, structure, property and application of the created objects. Because hydrogels are one of the most feasible classes of ink materials for 3D printing and this field has been rapidly advancing, this Review focuses on hydrogel designs and development of advanced hydrogel-based biomaterial inks and bioinks for 3D printing. It covers 3D printing techniques including laser printing (stereolithography, two-photon polymerization), extrusion printing (3D plotting, direct ink writing), inkjet printing, 3D bioprinting, 4D printing and 4D bioprinting. It provides a comprehensive overview and discussion of the tailorability of material, mechanical, physical, chemical and biological properties of hydrogels to enable advanced hydrogel designs for 3D printing. The range of hydrogel-forming polymers covered encompasses biopolymers, synthetic polymers, polymer blends, nanocomposites, functional polymers, and cell-laden systems. The representative biomedical applications selected demonstrate how hydrogel-based 3D printing is being exploited in tissue engineering, regenerative medicine, cancer research, in vitro disease modeling, high-throughput drug screening, surgical preparation, soft robotics and flexible wearable electronics. Incomparable by thermoplastics, thermosets, ceramics and metals, hydrogel-based 3D printing is playing a pivotal role in the design and creation of advanced functional (bio)systems in a customizable way. An outlook on future directions of hydrogel-based 3D printing is presented.
چاپ سه‌بعدی هیدروژل‌ها: راهبردهای طراحی عقلانی و ظهور کاربردهای پزشکی
چاپ سه‌بعدی معروف به تولید افزایشی می‌تواند مدل‌های مجازی سه‌بعدی ایجاد شده توسط طراحی با کمک کامپیوتر (CAD)را به اشیا سه‌بعدی فیزیکی به روش لایه به لایه توزیع با قالب‌گیری یا ماشین کاری معمولی تبدیل کند.
از زمان پیش‌بینی، پیشرفت‌های قابل‌توجهی در درک فرآیند چاپ سه‌بعدی و رابطه مولفه، ساختار، ویژگی و کاربرد اشیا ایجاد شده حاصل شده‌است.
از آنجا که هیدروژل‌ها یکی از امکان پذیر ترین کلاس‌های مواد مرکب برای چاپ سه‌بعدی هستند و این زمینه به سرعت در حال پیشرفت است، این بررسی بر روی طرح‌های هیدروژل و توسعه پیوندهای زیستی پیشرفته مبتنی بر هیدروژل و پیوندهای زیستی برای چاپ سه‌بعدی تمرکز می‌کند.
این روش تکنیک‌های چاپ سه‌بعدی شامل چاپ لیزر (استریولیتوگرافی، پلیمریزاسیون دو فوتونی)، چاپ اکستروژن (طرح سه‌بعدی، نوشتن جوهر مستقیم)، چاپ جوهر، چاپ زیستی سه‌بعدی، چاپ ۴ بعدی و پاک کردن زیستی ۴ بعدی را پوشش می‌دهد.
این روش مروری جامع و بحث در مورد قابلیت تطابق مواد، خواص مکانیکی، فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی هیدروژل ها را فراهم می‌کند تا طرح‌های پیشرفته هیدروژل برای چاپ سه‌بعدی را ممکن سازد.
طیف وسیعی از پلیمرهای تشکیل‌دهنده هیدروژل شامل پلیمرهای زیستی، پلیمرهای مصنوعی، مخلوط‌های پلیمری، نانوکامپوزیت ها، پلیمرهای کاربردی و سیستم‌های پر از سلول است.
کاربردهای پزشکی منتخب نشان می‌دهند که چگونه چاپ سه‌بعدی بر پایه هیدروژل در مهندسی بافت، پزشکی احیا کننده، تحقیقات سرطان، مدل‌سازی بیماری در شرایط آزمایشگاهی، غربالگری دارویی با توان بالا، آماده‌سازی جراحی، روباتیک نرم و الکترونیک پوشیدنی انعطاف‌پذیر مورد بهره‌برداری قرار می‌گیرد.
چاپ سه‌بعدی بر پایه هیدروژل که قابل‌مقایسه با ترموپلاستیک، ترموست ها، سرامیک و فلزات است، نقش محوری در طراحی و ایجاد سیستم‌های عملکردی پیشرفته (بیو)به شیوه‌ای قابل تنظیم ایفا می‌کند.
نمایی از مسیرهای آتی چاپ سه‌بعدی مبتنی بر هیدروژل ارائه شده‌است.
ترجمه شده با 
ترجمه کنید