这篇论文的研究由海德堡大学的S. O. Catt及其团队完成，研究成果发表在《Small》期刊上。研究的核心内容是开发和应用序列定义的高分子墨水，用于三维微打印（2PLP）技术，探索其在功能材料制造中的潜力。近年来，精密高分子化学领域取得了显著进展，尤其是在合成具有精确结构的高分子方面。自然界中的生物聚合物，如蛋白质、核酸和多糖，展示了高度的结构精确性和功能性，这激发了科学家们在合成高分子中追求类似的精确控制。尽管已有一些研究探索了序列定义的高分子，但在实际应用中仍然相对较少，尤其是在可打印材料方面。
本研究的主要目的是设计和合成三种具有不同单体序列的可打印低聚物，评估其在2PLP技术中的应用潜力。研究团队希望通过精确控制高分子结构，探索其对打印性能和最终材料性质的影响，从而为下一代功能材料的开发开辟新的途径。研究团队合成了三种不同序列的低聚物，分别为交替型（BCBCBCBC）、三嵌段型（CCBBBBCC）和块型（BBBBCCCC）。这些低聚物由相同的单体组成，但其排列顺序不同。研究者采用了一种固相合成方法，通过五个反应步骤实现了目标低聚物的合成。每种低聚物的合成过程都经过了严格的化学表征，以确保其结构的准确性。
随后，将合成的低聚物与光引发剂（BAPO）和抑制剂（BHT）混合，制备成可打印的墨水。研究团队通过调节激光功率和扫描速度，评估了不同墨水在打印复杂几何形状（如微型空心3D富勒烯结构）时的可打印性。结果表明，低聚物的序列对打印性能有显著影响，交替型低聚物在较低的激光功率下表现出最佳的打印性能。研究还通过拉曼光谱和纳米压痕技术，探讨了低聚物的单体序列对打印微结构的化学和机械性能的影响。研究发现，交替型低聚物在较低的丙烯酸转化率下，仍能展现出较高的机械性能，而块型低聚物则需要更高的激光功率才能形成稳定的结构。
在研究过程中，团队面临了一些挑战。首先，合成序列定义的高分子需要复杂的合成路线，且对反应条件的控制要求极高。其次，如何在打印过程中实现高分子结构的精确控制，以确保打印材料的性能，是一个重要的研究难点。此外，现有的墨水通常缺乏定义性，限制了对化学性质与机械性能之间关系的深入研究。值得一提的是，研究团队利用Nanoscribe设备进行高分辨率的三维打印，进一步提升了打印精度和材料性能，使得所开发的墨水能够在微米级别的结构上表现出更优异的性能。
本研究的成功为序列定义的高分子在3D打印领域的应用奠定了基础。未来，研究团队计划进一步探索这些高分子材料在生物医学、数据存储和催化等领域的潜在应用。此外，随着对高分子结构与性能关系的深入理解，研究者们希望能够开发出更多功能性材料，以满足不断增长的技术需求。总之，这项研究不仅展示了序列定义的高分子在3D打印中的应用潜力，也为未来的高分子工程提供了新的思路和方向。通过不断的探索与创新，科学家们将能够推动这一领域的发展，满足未来日益复杂的材料需求。
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https://doi.org/10.1002/smll.202300844