Direct-Ink-Writing (DIW) of hydrogel holds great potential for biomedical applications due to its advantage of enabling accurate and realistic imitation of the human body easily and quickly. However, the scope of the applications has been limited to date by the range of the mechanical properties of DIW hydrogel ink, which is far less than actual biological tissues and organs. Herein, a facile method using salting out effect for manufacturing DIW hydrogel ink with high and variable Young’s modulus, which is based on Pluronic F-127 dimethacrylate (PF127DMA) aqueous solution, is introduced. In-depth analyzes and results for the effects of each monomer and salt on the behavior of micelles in the solution are presented, suggesting the possibility of tailoring the mechanical properties of the hydrogel by adjusting the content of the compositions. The developed hydrogel ink not only possesses required rheological properties for DIW but also exhibits a variable Young’s modulus of 0.193-1.072 MPa, which is the highest level and the widest range among those reported so far, to our best knowledge. Furthermore, applicability of simulating human blood vessels using the developed ink is demonstrated, including vascular surgery practices with excellent sense of reality. The biocompatibility of the hydrogel indicates the suitability of the developed material for biomedical applications and its potential for extension into a wider range of applications as well.
하이드로겔의 직접 쓰기 방식의 3D 프린팅 (Direct-Ink-Writing, DIW)은 인체를 쉽고 빠르게 정확하고 사실적으로 모방할 수 있다는 장점으로 인해 생체 의학 응용 분야에서 큰 잠재력을 가지고 있다. 그러나, 실제 생체 조직 및 장기에 비해 현저히 부족한 DIW 하이드로겔 잉크의 기계적 물성의 범위에 의해 응용 범위가 현재까지 제한되어 왔다. 여기서, 염석 효과를 이용하여 높고 가변적인 영률(탄성 계수)를 갖는 Pluronic F-127 dimethacrylate (PF127DMA) 수용액 기반의 DIW를 위한 하이드로겔 잉크를 제작하는 손쉬운 방법이 소개된다. 용액 내 마이셀의 거동에 대한 각 단량체 및 염의 효과에 대한 심층 분석과 결과들이 제시되어 조성물의 함량을 조정하면 하이드로겔의 기계적 특성을 조절할 수 있는 가능성을 제시한다. 개발된 하이드로겔 잉크는 DIW에 요구되는 유변학적 특성을 가질 뿐만 아니라 영률이 0.193-1.072 MPa로 가변적이며, 이는 지금까지 보고된 것 중 우리의 지식 선에서 가장 높은 수준이자 가장 넓은 범위를 나타낸다. 또한, 현실감이 뛰어난 혈관 수술 연습을 포함하여 개발된 잉크를 이용한 인체 혈관 모사의 적용 가능성이 실증되었다. 개발된 하이드로겔의 생체적합성은 생체의학 응용에 대한 소재의 적합성과 더 넓은 응용 분야로의 확장 가능성을 시사한다.
