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中血管的精确模型，使神经外科医生能够在手术前进行更逼真的模拟训练。

许多神经外科医生在进入手术室之前根据他们对患者大脑的了解模型练习每一次手术。但是目前神经外科医生用于训练的模型并不能很好地模拟真实的血管。它们提供不切实际的触觉反馈，缺少微小但重要的结构细节，并且通常不包括决定每个程序如何执行的整个解剖组件。术前模拟期间患者大脑的逼真和个性化复制品可以减少实际手术过程中的错误。

然而， 3D打印可以制作具有外科医生所需的柔软手感和结构精度的复制品。

3D 打印通常被认为是一个过程，它涉及一层又一层地铺设熔化的塑料，这些塑料在构建自支撑结构时会凝固。不幸的是，许多软材料不会像 3D 打印机通常使用的塑料丝那样熔化和重新凝固。用户只能使用硅胶等软材料进行一次拍摄——它们必须在液态下打印，然后不可逆地固化。

在 3D 中塑造液体

如何用液体制作复杂的 3D 形状，而不会以水坑或坍塌的团块结束?

为此，研究人员开发了一种称为嵌入式 3D 打印的广泛方法。通过这种技术，“墨水”沉积在第二种支撑材料的浴槽中，该材料设计用于围绕打印喷嘴流动，并在喷嘴移开后立即将墨水捕获在该位置。这允许用户通过将液体困在三维空间中来创建复杂的形状，直到需要固化印刷结构。嵌入式 3D 打印可有效构建各种软材料，如水凝胶、微粒甚至活细胞。

然而，用硅胶印刷仍然具有挑战性。液体硅胶是一种油，而大多数支撑材料都是水基的。油和水具有很高的界面张力，这是油滴在水中呈圆形的驱动力。即使在支撑介质中，这种力也会导致 3D 打印的硅胶结构变形。

更糟糕的是，这些界面力会驱使小直径硅胶特征在打印时破裂成液滴。许多研究都致力于制造无需支撑即可打印的硅胶材料，但这些重大修改也会改变用户关心的属性，例如硅胶的柔软度和弹性。