Multimaterial cryogenic printing of three-dimensional soft hydrogel machines

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作者
Jinhao Li,Jie Cao,Rong Bian,Rongtai Wan,Xiangyang Zhu,Baoyang Lu,Guoying Gu
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:16 (1): 185-185 被引量:65
标识
DOI:10.1038/s41467-024-55323-6
摘要

Hydrogel-based soft machines are promising in diverse applications, such as biomedical electronics and soft robotics. However, current fabrication techniques generally struggle to construct multimaterial three-dimensional hydrogel architectures for soft machines and robots, owing to the inherent hydrogel softness from the low-density polymer network nature. Herein, we present a multimaterial cryogenic printing (MCP) technique that can fabricate sophisticated soft hydrogel machines with accurate yet complex architectures and robust multimaterial interfaces. Our MCP technique harnesses a universal all-in-cryogenic solvent phase transition strategy, involving instant ink solidification followed by in-situ synchronous solvent melting and cross-linking. We, therefore, can facilely fabricate various multimaterial 3D hydrogel structures with high aspect ratio complex geometries (overhanging, thin-walled, and hollow) in high fidelity. Using this approach, we design and manufacture all-printed all-hydrogel soft machines with versatile functions, such as self-sensing biomimetic heart valves with leaflet-status perception and untethered multimode turbine robots capable of in-tube blockage removal and transportation. Hydrogel-based machines have potential in a range of applications, but it can be challenging to prepare multimaterial devices with complex structures. Here, the authors report the development of a multimaterial cryogenic printing technique that can be used to prepare three-dimensional structures with geometries such as overhanging, thin-walled and hollow.
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