什么樣的三維打印才能發影響因子20以上的雜志
【引語】
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三維打印自上世紀80年代被提出開始，受到了研究者們的廣泛關注。截止目前，有關于3d?printing的SCI論文數已高達10000篇。但其中影響因子大于20的篇數僅為100多篇。從以下3d?printing在各影響因子發表數量的統計圖表中，可發現，三維打印相關研究發表最多的雜志是影響因子5分以下雜志，占比高達70%左右。此外，影響因子5到10分的論文數量占總數量的20%左右，而影響因子大于20的論文數量占比僅為百分之二左右。當然，要說明的是，在生物材料領域中頂級期刊Biomaterials和Acta?Biomaterialia,影響因子也不過8分和6分多。但這些雜志上發表的論文質量已經處于相當高的水準了！?因此，姑且以影響因子5分為分界線，在三維打印的相關研究中有約四分之一的研究在重要性和創新性上均是處于較高水準的。
其中三維打印涉及的領域主要集中在生物醫學領域中的應用，如三維打印骨組織工程支架，三維打印軟骨組織，以及三維打印器官等。此外，三維打印雖然在航空航天和汽車制造等領域雖然也有廣泛的應用，但相關的研究論文卻并不常見。近年來，三維打印打印超級電容器，三維打印石墨烯等新材料也受到了越來越廣泛的重視。將三維打印應用于能源領域已成為當下熱門的研究課題。
過去十年是三維打印早期及最火的年代。隨著研究者們越來越多，并且可供打印的材料也早已被研究得很徹底。近年來，三維打印似乎也陷入了瓶頸。但依然有些大佬們用極具創新的材料或實驗在頂級期刊上發表著他們的研究成果。讓我們來看看幾個具體實例，看看什么樣的三維打印才能發影響因子20以上的雜志。
1.UC伯克利-Volumetric additive manufacturing via tomographic reconstruction
Brett E. Kelly等人1月份在Science雜志上發表了利用拓撲重建理論和增材制造技術快速制備思想者模型的文章，瞬間引發科研界的大量關注。該團隊研究人員開發了一種計算軸向光刻（CAL）方法，該方法將光固化立體印刷式三維打印技術推向了新的高度，堪稱里程碑式的創造。以“思想者”為例，該團隊研究人員首先對其進行三維模型的重建，包括2D的傅里葉變換。選擇甲基丙烯酸酯明膠水凝膠為打印漿料。利用CAL制造系統把一組二維圖像，從不同的角度投射出來，這種多角度的曝光疊加，可以讓光敏液體固化成所需要的幾何形狀。這套系統打印速度快，精度高，能制備各種復雜形狀模型，將帶來極大的科技應用價值。
Fig. 1 CAL volumetric fabrication
全文鏈接：http://science.sciencemag.org/content/early/2019/01/30/science.aau7114.full
2.加州大學圣地亞哥分校-Biomimetic 3D-printed scaffolds for spinal cord injury repair
利用三維打印的方式打印組織器官是目前生物打印領域最熱門最前沿的研究方向。如何構建復雜的三維微結構，這對于指導細胞生長和促進組織發育至關重要。這其中，由于中樞神經系統結構的復雜性，三維打印中樞神經系統(CNS)結構方面的論文依然罕見。加州大學圣地亞哥分校的Jacob?Koffler等人使用微尺度連續投影光刻方法(μCPP)來創建一個復雜的中樞神經系統結構，并探索了其在脊髓再生醫學方面的應用。該論文發表在Nature Medicine上，影響因子32.62。μCPP可以利用仿生水凝膠打印脊髓支架，并且可根據人類脊髓病變定制不同大小和幾何圖形。該課題組研發的脊髓支架裝載神經祖細胞(npc)后，能夠支持軸突再生，修復脊髓損傷。因此，該三維仿生支架提供了一種通過精準醫療促進中樞神經系統再生的手段。
Fig. 2 The 3D-printed scaffold mimics the spinal cord architecture.
文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41591-018-0296-z
3.東華大學-3D Printing?of Tunable Energy Storage Devices with Both High Areal and Volumetric Energy Densities
近年來由于人類對能源危機的高度重視，開發具有高面積和高容量的先進超級電容器一直以來是研究的熱點。當超級電容器與三維打印兩大熱門研究方向碰撞到一起，那引起的反響必然是極大的。東華大學Tingting Gao等人采用三維打印技術制備出具有高密度能量的碳復合材料超級電容器，該研究成果發表在Advanced energy materials上，影響因子21.88分。該研究團隊選取了碳/碳納米管/還原氧化石墨烯(AC/CNT/rGO)復合材料作為打印漿料，利用擠出式直接書寫打印的方式，制備緊密堆疊、結構整齊的電容器。值得提出的是，當前常溫擠出式三維打印技術常采用聚合物作為粘結劑，以賦予漿料良好的適合打印的流變性能。但聚合物的添加會極大地降低電容器的能量儲備。為最大限度地開發高容量密度的超級電容器，該團隊致力于尋找開發不使用聚合物的打印漿料，顯然他們成功了，為高能量密度電化學儲能裝置提供了嶄新的思路。
Figure 3. 3D printing process and rheological properties of inks
文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/aenm.201802578
4.上海硅酸鹽研究所-3D-printed scaffolds support cartilage and bone growth
由于軟骨的自愈能力較差，這類關節軟骨損傷對骨科和運動醫學尤其具有挑戰性，因此相關方面突破性的研究也是材料學界和醫學界關注的重點。影響因子24.54的Materials Today上報道了Chen et al發表在biomaterials上的一篇文章（Chen et al., Biomaterials (2018),https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2018.04.005）。該文章介紹了中國科學院上海硅酸鹽研究所吳老師課題組制備的純相硅酸鋰鈣(簡稱Li2Ca4Si4O13或L2C4S4)材料及其在軟骨修復方面的應用前景。該小組設計了一種簡單的濕化學溶膠-凝膠法來生產高質量的生物陶瓷L2C4S4粉體，利用三維打印的方式制備形狀可控的支架。三維打印的方式使得支架的孔隙度和孔徑可以得到高度的控制，研究人員將支架的孔徑設置為170微米到400微米不等，所得到的支架強度是其它3d打印生物陶瓷支架的2-3倍，力學性能與天然骨骼相當。支架的強度和穩定性足以為初始骨組織的形成提供良好的支撐，而氣孔則為細胞的遷移或運輸提供了一條便捷的路徑，也為骨的生長提供了足夠的空間。L2C4S4支架在體內表現出明顯的磷灰石礦化和軟骨下骨生長，但一旦完成其工作，便可進行生物降解。雙活性生物陶瓷L2C4S4支架為骨軟骨缺損的再生提供了一種智能的解決方案。
Figure 4. Abstract picture of article
全文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1369702118310423?via%3Dihub
5.蘇黎世聯邦理工學院-Three-dimensional printing of hierarchical liquid-crystal-polymer structures
Silvan Gantenbein等人于2018年在Nature上，發表了三維打印多級分層液晶聚合物的研究。飛機、車輛和生物醫學植入物等均需要高強度，但又不能太過沉重，因此具有理想力學強度但同時質量輕便的材料一直是各領域爭先研究的重點。纖維增強聚合物結構具有很高的剛度和強度，但它需要耗費大量的能源和勞力來制造，而且易發生脆性斷裂，難以成形和回收。這與骨骼、絲綢和木材等輕質生物材料形成了鮮明的對比，這些材料通過定向自組裝形成復雜的層次化形狀，具有優異的機械性能，并能夠循環集成到環境中。該研究團隊像我們展示了一種三維(3D)打印方法，以生成具有層次結構、復雜幾何形狀和前所未有的剛度和韌性的可回收輕量級結構。它們的特點是在熔融原料擠壓過程中，液晶聚合物分子自組裝成高度定向的結構域。通過將分子區域定位在打印路徑上，能夠根據預期的機械應力來增強聚合物結構，從而使其剛度、強度和韌性在數量級上超過最先進的3d打印聚合物，并可與性能最高的輕質化合物媲美。
Fig. 5: Printing hierarchical, thermotropic LCPs using fused deposition modelling.
全文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-018-0474-7
單純地以三維打印為創新點打印材料已不再是發論文的通行證。三維打印技術已發展相對成熟，和模具成型、冷凍干燥、靜電紡絲等方法一樣，三維打印只是一種加工制造的技術。未來的創新點，一是在于技術方面的創新。像上文Science上發表的軸向光刻打印一樣，能否改進三維打印成型技術，使其速度更快、精度更高，是一個重要的突破點。另一方面，如何尋找或制備更多能適用于三維打印的材料，依然是研究的重點和熱點。
生物醫學領域方面，如何設計不同的結構尺寸、三維打印出特定形狀的支架，并系統研究支架材料力學與結構力學，解決三維打印支架形狀易收縮問題也是不錯的研究方向，Science上也著重提出過Shrinking?problem in 3d printing。此外，將三維打印制備得到的支架進行更全面系統的體外及體內實驗，增加實驗的深度，也容易讓你的研究發表在頂級期刊上。能源領域，由于能源最近是大熱的研究方向，因此將三維打印與新能源材料結合起來，尋求其在儲能、儲電方面的應用，將具有極大的研究及應用價值。近兩年Advanced materials 和Advanced energy materials發表的三維打印相關論文大部分都是針對于能源領域的。
看到科研大佬們的論文，有沒有受到啟發呢，期待你的文章也出現在top雜志上！
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