神经外科医生通常会在进入手术室前，根据对患者脑部情况的了解，借助模型练习手术。
两位工程师表示，现有模型存在局限，例如触感不真实，也无法很好地模拟血管。
在此，他们介绍一种新的3D打印技术：使用硅胶制作触感更柔软、精度更高的仿真模型。
据我们最新发表的研究介绍，一种采用硅胶的新3D打印技术能够制作精确的脑血管模型，让神经外科医生在手术前通过更逼真的模拟进行训练。
许多神经外科医生会在进入手术室前，针对每台手术进行练习，练习时使用的模型根据他们对患者脑部情况的了解制作。但神经外科医生目前用于训练的模型无法很好地模拟真实血管。这些模型提供的触觉反馈不真实，缺少虽小却重要的结构细节，而且常常遗漏决定手术具体操作方式的整个解剖结构。在术前模拟中使用逼真且个性化的患者脑部仿真模型，或可减少真实手术中的失误。
然而，3D打印能够制作出具有外科医生所需柔软触感和结构精度的仿真模型。
人们通常认为，3D打印是将熔化的塑料逐层铺放，随着结构逐渐成形并凝固，最终形成能够自我支撑的物体。不幸的是，许多柔性材料无法像3D打印机常用的塑料丝那样熔化并重新凝固。对于硅胶这类柔性材料，使用者只有一次成形机会——必须在液态时打印，然后使其不可逆地固化。
塑造液体的3D形状
如何用液体制成复杂的3D形状，同时避免它变成一滩液体或塌成一团？
研究人员为此开发了一种通用方法，称为嵌入式3D打印。采用这种技术时，“墨水”会被沉积在另一种支撑材料的浴液中；这种支撑材料经过专门设计，能绕着打印喷嘴流动，并在喷嘴移开后立即将墨水固定在原位。这样，使用者便能将液体固定在三维空间中，直到打印结构固化，从而用液体制成复杂形状。嵌入式3D打印已成功用于构造多种柔性材料，例如水凝胶、微粒，甚至活细胞。
然而，硅胶打印仍然面临挑战。液态硅胶是一种油，而大多数支撑材料以水为基础。油和水之间存在很高的界面张力，这是油滴在水中呈圆形的驱动力。这种力还会导致3D打印的硅胶结构变形，即使有支撑介质也不例外。
更糟的是，在打印过程中，这些界面力会使直径较小的硅胶结构断裂成液滴。研究人员为开发能够无需支撑即可打印的硅胶材料付出了大量努力，但这些大幅改性也改变了使用者看重的材料特性，例如硅胶的柔软度和弹性。
采用AMULIT进行硅胶3D打印
作为从事以下领域交叉研究的研究人员，软物质物理学、机械工程以及材料科学，我们决定通过开发一种以硅油为原料的支撑材料来解决界面张力问题。
我们推测，大多数硅胶墨水在化学性质上会与硅胶支撑材料相似，从而大幅降低界面张力，但二者又有足够差异，能在用于3D打印时保持分离。我们制作了许多候选支撑材料，最终发现最佳方法是制备硅油和水的浓稠乳液。可以把它想象成晶莹剔透的蛋黄酱：细小水滴密集分布在连续的硅油中。我们将这一方法称为超低界面张力增材制造，简称AMULIT。
借助AMULIT支撑介质，我们能够以高分辨率打印市售硅胶，制成直径小至8微米（约0.0003英寸）的结构。这些打印结构与传统模塑制品一样富有弹性且经久耐用。
凭借这些能力，我们根据3D扫描结果打印出了精确的患者脑血管模型，还根据普通人体解剖结构制作了一个可正常工作的心脏瓣膜模型。
医疗保健领域的硅胶3D打印
硅胶是无数产品的关键组成部分，从炊具、玩具等日常消费品，到电子、航空航天和医疗保健行业的先进技术产品，都离不开硅胶。
世界经济论坛如何推动医疗保健发展？
健康与医疗保健中心汇聚各方领导者，共同理解全球卫生系统面临的挑战，包括医疗服务的可及性、公平性、韧性和应急准备。
通过可信赖的对话和公私合作，该中心促使合作伙伴围绕共同优先事项达成一致，并推动集体行动，以改善健康结果。
硅胶产品通常通过将液态硅胶倒入或注入模具，待其固化后再取出成型件来制造。制造高精度模具成本高、难度大，因此制造商只能生产尺寸、形状和设计都有限且预先确定的产品。此外，从模具中取出精细的硅胶结构而不造成损坏也是一大障碍；模塑复杂结构时，制造缺陷也会增加。
克服这些挑战或将推动医疗保健行业开发先进的硅胶技术；个性化植入物或针对特定患者生理结构制作的仿真模型，可能改变医疗护理方式。
