幾個月前，美國西北大學的一隊科學家開發出了高石墨烯含量的可3D打印油墨（石墨烯含量高達60%），從而為實現3D打印石墨烯結構帶來突破性的成果。要知道3D打印石墨烯結構，堪稱當前全球3D打印科研領域的聖杯。如今看起來，科學家們正在向這座聖杯步步逼近。近日，同樣還是這一支研究團隊，在Ramille Shah的領導下，進一步改進了該石墨烯3D打印油墨，使其中的石墨烯含量（以體積計算）從60%大幅提升至75%。

 

石墨烯是一種由碳原子構成的單層片狀結構的二維材料：它是有史以來最薄的材料，隻有一個(ge) 碳原子厚度；也是有史以來最強的材料，強度是一般結構鋼的200倍。石墨烯的導電性優(you) 於(yu) 銅，熱傳(chuan) 導性優(you) 於(yu) 已知的所有材料。石墨烯幾乎是完全透明的，但結構非常致密，即使是最小的氦原子都不能穿過它。而且它與(yu) 人類細胞組織相容。

可以這麽(me) 說，Shah教授和她的團隊所得到的這種油墨，是迄今為(wei) 止石墨烯含量最高的一種3D打印材料（在Shah教授之前的紀錄大約是20％）。這意味著石墨烯獨特的電氣和機械性能將很快被投入應用。更為(wei) 重要的是，這種油墨除石墨烯之外的部分主要包括一種具有生物相容性的可降解聚酯（PLG）材料，科學家們(men) 稱，這使得該油墨能夠靈活和安全地用於(yu) 醫療應用。

 

這支研究團隊在西北大學生物納米技術研究所的材料科學和工程助理教授Ramille Shah和她的博士後研究生Adam Jakus，捕獲到了某個(ge) 了不起的東(dong) 西。“人們(men) 之前曾經嚐試過3D打印石墨烯。但其中石墨烯的比例不到20％體(ti) 積，實際上大部分都是高分子複合材料。”Shah在美國西北大學的網站上解釋道。這意味著這些材料根本不具備石墨烯的屬性，而且在使用中脆而易碎。雖然你可能會(hui) 認為(wei) 60-70％的石墨烯含量仍然沒有達到100%，但是實際上它已經具備所有您所需要的屬性，而剩餘(yu) 的材料隻是為(wei) 了保證其柔韌性和穩定性。

該3D打印石墨烯油墨的秘密是：石墨烯被嵌入到微觀薄片中。這使得油墨具有高粘度，而擠出過程會(hui) 重新排列所有薄片，從(cong) 而形成具備石墨烯所有特征的一根長線。該石墨烯油墨的3D打印解析度可以達到100微米以下（打印速度40毫米/秒）。

 

“這是一種液體(ti) 油墨。”Shah說。“該油墨被擠出後，其中的一種溶劑會(hui) 馬上蒸發，導致結構幾乎瞬間固化。其它溶劑的存在，以及與(yu) 特定聚合物粘合劑的相互作用對於(yu) 實現結構的柔性和其他性能作用非常大。因為(wei) 它擁有穩固的形狀，所以我們(men) 才能夠打造更大的、更為(wei) 清晰的對象。”Shah關(guan) 於(yu) 這種油墨的最新論文《3D打印高含量石墨烯支架以用於(yu) 電子與(yu) 生物醫學應用（Three-dimensional printing of high-content graphene scaffolds for electronic and biomedical applications）》被《ACS Nano》雜誌作為(wei) 封麵文章刊出。

更重要的是，可以通過改變石墨烯和聚合物的比例來調整該材料的彈性。根據標準配方該材料可以被拉長81％，而且如果減少石墨烯的比例的話還能夠繼續拉長（雖然這意味著要失去一些石墨烯屬性）。這意味著，該油墨具有廣泛的應用範圍。

到目前為(wei) 止，關(guan) 於(yu) 該3D打印石墨烯油墨的生物醫學實驗相當成功。在進行測試時，她的團隊往石墨烯打印的支架上注入了幹細胞，最終的結果相當出色。首先，細胞存活了下來，然後繼續分裂、增殖並轉化成類似神經元的細胞。“要知道我們(men) 並沒有附加任何生長因子或信號，而這是人們(men) 誘導分化類神經元細胞常用的方式。”Shah說。“如果我們(men) 隻使用一種材料就能達到此種效果，而不需要其它更昂貴複雜的藥物，那毫無疑問是一種進步。”

研究人員也設想它們(men) 可以製成傳(chuan) 感器、植入物和其他結構。“細胞本身就具有導電性——尤其是神經元。所以，如果它們(men) 在一個(ge) 能夠幫助傳(chuan) 導電信號的基板上，就能夠在更寬的距離內(nei) 溝通。”Shah補充說。