打印的水凝胶与其它丙烯酸酯基的紫外可固化聚合物牢固结合的机理。我们使用普通的AAm作为打印水凝胶的材料，特别的是，我们使用了一种自制的水溶性光引发剂。关于水凝胶前驱液制备的详细信息见实验方法。在水凝胶前驱液中加入水溶性TPO是使其具有高效的紫外可固化性的关键步骤。
为了将疏水的商用TPO颗粒转化为水溶性的TPO纳米颗粒，我们使用了市售的表面活性剂-十二烷基硫酸钠(SDS)，该表面活性剂含有一个亲水的头部和一个疏水的尾部，疏水亲油端能够将TPO包裹起来，而将亲水端露在外面。
此外，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)被用作结晶抑制剂。最后进行冷冻干燥得到水溶性高的TPO纳米颗粒。对于与水凝胶结合的其他材料，我们选择了一些商业的不同类型的丙烯酸酯聚合物(具体类别见实验方法)。虽然这些商业聚合物溶液的化学细节没有给出，但它们是由(甲基)丙烯酸酯单体、交联剂和带有非水溶性光引发剂组成的低聚物。

粘接机理。(a)用于制备水凝胶溶液的化学品。(b)水溶性 TPO 纳米颗粒的
说明。(c)(甲基)丙烯酸酯聚合物溶液可能的化学结构。(d-g)打印水凝胶-聚合物复
合结构的原理图。(h-j)分别为交联的水凝胶、水凝胶-(甲基)丙烯酸酯聚合物界面
和交联(甲基)丙烯酸酯聚合物的化学结构。

图(d-g)为多材料3D打印过程，图(h-j)为多材料3D打印后的化学结构。从图d到图e，水凝胶溶液在紫外投影下固化，交联形成三维网络结构。值得注意的是，在聚合的水凝胶基体中仍有少量未反应的丙烯酰胺单体和PEGDA交联剂(如图e)。我们通过在(甲基)丙烯酸酯聚合物溶液中投影紫外图形来打印一个由(甲基)丙烯酸酯聚合物构成的结构。图f中的光引发剂通过紫外光刺激引发自由基聚合，形成交联(甲基)丙烯酸酯聚合物网络。同时水凝胶基体中丙烯酰胺和PEGDA分子上未反应的碳-碳双键还能与(甲基)丙烯酸酯聚合物发生自由基聚合，在水凝胶和聚合物的界面形成牢固的共价键。

为了验证上述关于PAAm水凝胶与(甲基)丙烯酸酯类聚合物界面结合的假设，我们首先利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)来研究不同引发剂引发的水凝胶聚合的转化率。为了比较转化率和反应聚合动力学特性，我们使用了另外两种类型的引发剂:

• Irgacure 2959 (I2959)——一种已广泛应用于水凝胶固化的光引发剂；
• 过硫酸铵(APS)——一种广泛应用于水凝胶固化的热引发剂，并且常用 (TEMED)作为催化剂与之配合。不同引发剂引发的 PAAm 水凝胶聚合前后的红外光谱。在反应前后，羰基（C=O）的红外拉伸吸收峰在波长 1655 cm-1处，且不会变化，可以作为内部标准。而亚甲基(=C-H)会随着反应的进行,  碳-碳双键逐渐消耗，从而使得亚甲基的面外弯曲产生的吸收峰逐渐减弱。根据因为亚甲基面外弯曲产生的吸收峰进行积分，并用内标正则化，从而计算出转化率。由 APS-TEMED、TPO 和I2959 引发水凝胶聚合的转化率分别为~100%、~90%和~10%。