一個國際研究小組將金納米棒嵌入水凝膠中，通過3D 打印技術加工，可以制造出在光照下收縮的結構，在光線消失后又會膨脹。由于這種膨脹和收縮可以重復進行，因此 3D 打印結構可以用作遠程控制的執行器。

“我們知道，你可以用 3D 打印技術制造出受熱時會收縮的水凝膠，”該論文的共同通訊作者、北卡羅來納州立大學材料科學與工程教授喬·特雷西 (Joe Tracy) 說道。“我們還知道，你可以將金納米棒加入水凝膠中，使其具有光響應性，這意味著當暴露在光線下時，它們會以可逆的方式收縮。

“我們希望找到一種方法將金納米棒融入水凝膠中，這樣我們就可以3D打印光響應結構。”

水凝膠是含有水的聚合物網絡。例子包括從耳機 透視 到尿布中使用的吸收材料等所有東西。從技術上講，研究人員并沒有用 3D 打印機打印水凝膠。相反，他們打印了一種含有金納米棒和制造水凝膠所需的所有成分的溶液。

“當這種打印溶液暴露在光線下時，溶液中的聚合物會形成交聯分子結構，”論文共同通訊作者、馬格德堡奧托馮格里克大學有機化學系主任朱利安蒂勒 (Julian Thiele) 說道。“這會將溶液變成水凝膠，捕獲的金納米棒會分布在整個材料中。”

由于 3D 打印機中流出的預水凝膠溶液粘度非常低，因此無法將溶液打印到普通基材上，否則會得到一灘水而不是 3D 結構。

為了解決這個問題，研究人員將溶液打印到水中的明膠微粒半透明漿液中。打印機噴嘴能夠穿透明膠漿液，將溶液打印成所需的形狀。由于明膠是半透明的，光線可以穿透基質，將溶液轉化為固體水凝膠。完成后，將整個東西放入溫水中，融化明膠，留下 3D 水凝膠結構。

當這些水凝膠結構暴露在光線下時，嵌入的金納米棒會將光線轉化為熱量。這會導致水凝膠中的聚合物收縮，將水擠出水凝膠，使結構收縮。然而，當光線消失時，聚合物會冷卻下來并再次開始吸收水分，從而使水凝膠結構膨脹至其原始尺寸。

“人們已經對受熱收縮的水凝膠進行了大量研究，”該論文的第一作者、北卡羅來納州立大學前博士生 Melanie Ghelardini 說道。“我們現在已經證明，當水凝膠暴露在光線下時，你可以做同樣的事情，同時還可以 3D 打印這種材料。這意味著以前需要直接加熱的應用現在可以通過照明遠程觸發。”

“與使用傳統的模具鑄造相比，3D 打印水凝膠結構提供了幾乎無限的設計自由度，”Thiele 說道。“并且它允許在光觸發的光敏材料收縮和擴張過程中預先編程獨特的運動。”