类型a：原创研究学术报告
1. 研究作者与发表信息
本研究由Thiago O. Machado、Connor J. Stubbs、Viviane Chiaradia、Maher A. Alraddadi、Arianna Brandolese、Joshua C. Worch（通讯作者）及Andrew P. Dove（通讯作者）合作完成，主要作者来自英国伯明翰大学化学学院（University of Birmingham）和美国弗吉尼亚理工大学（Virginia Tech）。研究成果于2024年5月30日发表在*Nature*期刊（第629卷，第1069页），标题为《A renewably sourced, circular photopolymer resin for additive manufacturing》（一种用于增材制造的可再生循环光聚合物树脂）。
2. 学术背景与研究目标
本研究属于高分子化学与可持续材料科学交叉领域，聚焦于光固化3D打印树脂的循环利用问题。传统光固化树脂（如丙烯酸酯或环氧树脂）依赖石油原料，且打印后的交联网络难以降解回收，导致资源浪费。尽管近年有研究尝试通过生物质衍生单体（biomass-derived monomers）或可水解键（hydrolytically degradable bonds）改善可持续性，但打印部件仍无法实现闭环循环（closed-loop recycling）。
本研究的目标是开发一种完全基于可再生硫辛酸酯（lipoates）的光聚合物树脂平台，其特点包括：
- 闭环回收：打印后的材料可高效解聚（depolymerization）并直接重新用于3D打印；
- 高分辨率打印：兼容商用数字光处理（DLP）打印机；
- 性能可调：通过改变树脂组成调控力学与热学性质。
3. 研究流程与实验方法
（1）树脂设计与合成
- 单体合成：以天然硫辛酸（lipoic acid）为原料，通过EDC耦合反应（1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide）与可再生醇类（如异山梨醇isosorbide和薄荷醇menthol）酯化，生成两类关键单体：
- 交联剂：异山梨醇二硫辛酸酯（isolp2）；
- 反应性稀释剂：薄荷基硫辛酸酯（menlp1）。
- 绿色合成优化：为避免有毒试剂，开发了无溶剂酸催化酯化法（bulk Fisher esterification），直接合成menlp1-isolp2混合物（28:72 wt%），稳定性显著提高。
（2）光固化与3D打印
- 树脂配方：menlp1-isolp2（30:70 wt%）无需添加光引发剂或不透明剂（opaquing agent），即可在商用DLP打印机（λ=405 nm）中实现高分辨率打印。
- 打印测试：设计微米级方阵和悬桥结构，最小可打印特征为100 µm壁厚（3像素宽），Z轴固化穿透率仅113±7%（优于商业树脂的200–300%）。复杂模型（如“3DBenchy”）打印验证了树脂的几何适应性。
（3）闭环回收实验
- 解聚方法：采用碱催化（磷腈P1-t-Bu/硫酚）或热辅助（DMF回流）两种途径，将粉碎的打印部件解聚为原始树脂。
- 回收率：最高达98%，核磁共振（NMR）显示回收树脂纯度85%，组成与初始树脂一致（menlp1:isolp2 ≈ 31:69 wt%）。
- 分子量分析：尺寸排阻色谱（SEC）证实回收树脂分子量分布与原始树脂相近，但含少量低聚物（oligomers）。
（4）材料性能调控
- 力学与热学性质：通过调整交联剂比例（isolp2含量10–90 wt%），拉伸强度（UTS）从0.9±0.1 MPa提升至15.6±0.9 MPa，玻璃化转变温度（Tg）从−30°C升至20°C。
- 扩展单体库：引入其他生物基醇（如愈创木酚guaiacol、长链脂肪醇stearyl alcohol）合成的硫辛酸酯，进一步拓宽材料性能范围。
4. 主要研究结果
- 高分辨率打印与循环性：首次实现光聚合物树脂的闭环回收，打印-解聚-再打印循环两次后，树脂性能保持稳定（回收率>90%，力学性能偏差<10%）。
- 动态二硫键机制：环状二硫键（cyclic disulfide）在光聚合中可逆开环，避免了传统动态共价键（dynamic covalent bonds）需添加额外单体的“滚雪球”效应。
- 绿色化学优势：硫辛酸为大宗商品（如保健品原料），树脂合成路线减少有毒试剂使用，且潜在可生物降解。
5. 研究结论与价值
- 科学价值：提出了一种基于动态二硫键的光聚合物设计范式，解决了增材制造中材料循环性的核心难题。
- 应用价值：该树脂可直接适配现有DLP打印机，适用于医疗、柔性电子等领域，推动3D打印向可持续发展转型。
- 行业意义：相比商业树脂（如Formlabs Elastic 50A），其回收性显著优于现有技术，且性能可定制。
6. 研究亮点
- 创新化学设计：利用硫辛酸酯的动态二硫键实现原位光交联与解聚，突破传统光固化树脂不可回收的限制。
- 多尺度性能调控：从分子结构（交联密度）到宏观力学性质的系统优化，覆盖软质到刚性材料需求。
- 工业化潜力：合成方法兼容规模化生产，且打印参数与商用设备无缝对接。
7. 其他价值
- 健康与安全：硫辛酸酯树脂避免了丙烯酸酯（methacrylates）的致敏性，降低未反应单体渗出风险。
- 扩展性：未来可通过氢键（hydrogen bonding）或金属配位（metal coordination）进一步强化材料力学性能。