宾州州立大学的一个研究小组称，将两种不同的聚合物组合起来，可以将硅树脂零件的制造从简单形状的模压、铸造和旋涂到具有较好机械特性和生物粘附性的复杂几何体的3d打印。

“到目前为止，PDMS（聚二甲基硅氧烷或硅氧烷）在可成形性和设备制造方面存在局限性。”Ibrahim T. Ozbolat副教授说，“大多数的研究是采用铸造或微模压的方法进行的，但这种方法所得到的材料的机械性能和细胞粘附性较弱。研究人员经常使用细胞外蛋白如纤维连接蛋白来使细胞粘附。”

PDMS被用于制造实验室芯片设备、有机芯片设备、两种三维细胞培养平台和生物机器。这种材料通常被认为是耐高温的硅片和柔软的烤盘，但这些都是几何简单，可以很容易地成型。如果这种材料被用于培养或测试组织，几何图形会变得更小、更复杂。

对于作为3D打印机中的“墨水”使用的任何材料，它必须能够通过打印喷嘴，并保持其形状，一旦它被沉积，材料便不能传播、渗透或压扁，设计的完整性就会丧失。

Sylgard184是PDMS的弹性体，它的粘度不足以用于3D打印——材料只是从喷嘴和水坑中流出来。然而，当它与另一个PDMS弹性体SE1700混合，在适当的比例下，混合物是可打印的。

“我们优化了具有印刷能力的混合物，以控制挤压和保真度的原始模式。”Ozbolat说。

研究人员对混合物进行了优化，以利用一种叫做“剪切稀释”的材料特性。他们在本月发行的《ACS生物材料科学与工程》杂志上报道了他们的研究结果。

当大多数材料在压力下变得更加粘稠时，一些材料刚好相反。这就是非牛顿反应，材料变得粘胶更少。这对于3D打印来说是完美的，因为当挤出“墨水”的压力发生时，粘胶液足够粘在喷嘴上，然后就会减少粘胶。一旦材料离开喷嘴，它就会恢复其粘性，放置在物体上的细丝保持其形状。

PDMS成型时表面光滑。这种材料也是疏水性的，意味着它不喜欢水。把这两个属性加在一起，PDMS的模制表面就不容易粘在组织细胞上。研究人员经常使用涂层来增加细胞的粘附性。3-D打印表面因为它们是由数以千计的微小的PDMS组成的，它们有微小的裂缝，为细胞提供了一个固定的位置。

为了测试使用PDMS进行3D打印的保真度，研究人员从国立卫生研究院的3D打印交换中获得了手、鼻、血管、耳朵和股骨头的生物特征模式。他们用这些图案印了一个鼻子。像这样的器官可以在没有支撑材料的情况下印刷，包括空心腔和复杂的几何图形。

“我们在PDMS的鼻子上涂了一层水，然后用核磁共振成像仪对其进行成像。”Ozbolat说。“我们将3D重建的鼻部图像与原始图像进行了比较，发现我们的外形非常逼真。”因为PDMS是通过喷嘴进行打印的，所以最终材料中的气泡数量远远少于模压或铸造。通过一个微米大小的针可以去除大部分的气泡。

Ozbolat说：“当我们将模塑或铸型PDMS的机械签名与3d打印PDMS进行比较时，我们发现印刷材料的抗拉强度要好得多。”

由于PDMS材料正在印刷，它们可以与其他材料组合，以制造由多种材料组成的单件设备。他们还可以整合导电材料来支持功能性装置。

该项目的其他研究人员有工程科学和力学博士后研究员Veli Ozbolat；Madhuri Dey，化学博士生；Bugra Ayan，工程科学和力学博士生；Adomas Povilianskas，工程科学和力学学士/硕士生；Melik C. Demirel，工程科学和力学教授。

土耳其科学和技术研究理事会和土耳其国民教育部支持这项工作。