我们来研究一下 GelMA 材料的两个重要特性，一个是它和生物的相容性怎么样，另一个是它的粘度有啥特点。同时，我们还要结合喷头的样子，去弄清楚喷头里面管状压电陶瓷结构是怎么工作的，并且建立一个能模拟它工作的模型。为了搞清楚材料的特性对喷射过程有啥影响，我们又建立了一个微喷射的模拟模型，重点看看粘度、表面张力以及入射速度这几个因素在喷射过程中起啥作用。下面就是我们得出的一些结论：1. 我们知道了 Gelatin 和 GelMA 溶胶材料在流变学方面的特性。还总结出了生物材料的粘度和剪切速率之间的一个规律，就是剪切速率越大，材料的粘度就越小。而且我们发现生物材料的温度升高时，它的粘度会明显降低。所以在后面的试验里，我们要把喷头的温度设置成 37℃。2.我们建立了喷头内部压电陶瓷的仿真模型。用仿真模拟和用高速相机观察这两种方法，分析了生物材料的喷射过程。结果发现液滴在微喷射的时候主要会经过三个阶段，分别是液柱射出阶段、颈缩阶段和液柱断裂阶段。3.我们还发现增大表面张力能够减少卫星液滴的产生；增加粘度有助于让形成的液滴体积变小，但是如果粘度过大，材料就喷不出来了；入射速度太小的话就没法产生液滴，太大又会出现射流现象。

喷墨式生物3D打印设备有它基本的结构，喷头里面需要液态的生物材料，要是粘度太大或者已经变成凝胶状态的生物材料，就不适合用这种方式来打印。我们这次课题用的 Gelatin 和 GelMA 材料，它们有一种特别的性质，就是对温度敏感。它们的水溶液在不同温度下会有不同的物理性质，温度高的时候是溶胶状态，温度低的时候就变成凝胶状态了。为了弄清楚温度对它们物理变化过程的影响，我们用了倒立试管法、注射器法和粘弹性测定法这些方法，来确定它们变成凝胶的温度范围。我们还设计了一个温控室，从喷头喷出来的高温液滴，在温控室里和里面的低温气体互相换热。这样在液滴落到成形平台的过程中，就能实现物理交联。在研究温控室内部温度场的时候，我们通过模拟调节上盖和底板的温度，来改变温控室内部温度场的分布情况。因为考虑到红外热像仪没办法拍摄气体的温度，所以我们又设计了一种能体现空气温度的装置，然后用热像仪去观察温度场实际的分布情况，目的是找到一个比较适合生物材料变成凝胶的温度场。

喷墨打印的时候，材料在喷头里面是液体状态，打印成形后就变成凝胶状态了，所以在做试验之前，我们得先分析一下生物材料变成凝胶的过程。在我们这个课题里，用的材料是 Gelatin 和 GelMA。在温度比较高的时候，Gelatin 和 GelMA 的水溶液是溶胶状态；温度低的时候，就变成凝胶状态了。从溶胶状态变成凝胶状态这个过程，会受到很多因素的影响，像材料的浓度、周围环境的温度、测试时间等等。到现在，对于凝胶状态到底是啥样，官方也没有一个非常确切的定义。比较多人认可的凝胶定义是：凝胶是一种由基本单元通过某种方式连接在一起组成的，而且被大量溶剂泡得胀起来的三维网状结构。在研究凝胶化过程这方面，国内外有很多学者都做了大量的实验。