南科大《先进能源材料》：具有极端力学行为的水凝胶3D打印设计与制造

传统的人造复合材料都是通过高温烧结来实现，耗能高且适用范围有限；而大自然的复合材料（如骨骼、贝类等）都是在较为温和的湿润环境下，通过生物酶的调控来实现多尺度等级结构的构筑，其力学行为远高于各类合成复合材料。南科大刘吉团队结合水凝胶3D打印和酶诱导生物矿化制备具有极端力学行为的功能材料，实现3D打印软质水凝胶材料（模量为125 kPa）到硬质复合复合材料的转变（150 MPa）。

该研究团队开发了一系列具有剪切变稀和应力屈服的载酶水凝胶墨水，实现各类精细水凝胶结构的3D打印制造；同时，在碱性磷酸酶（ALP）的诱导下甘油磷酸钙（CaGP）水解，在水凝胶内部沉积磷酸钙纳米颗粒，最终获得矿物质含量达50%的复合材料，杨氏模量高达150 MPa（图1，视频1）。 

图1. 具有极端力学行为的复合水凝胶的3D打印和酶催化矿化。