Raziskovalci z univerze UNSW v Sydneyju in univerze v Aucklandu so predstavili uspešno združenje tehnologije 3D tiska s postopkom polimerizacije s svetlobo za ustvarjanje novih polimerov. Tako so ustvarili t. i. 4D tiskanje, ki ne zajema le prostorskih dimenzij, temveč tudi časovno.
Pri tej novi metodi polarizacije so raziskovalci uporabili svetlobo vidnega spektra za produkcijo okolju prijaznega »živega« polimera. Metoda odpira nove možnosti za ustvarjanje trdnih materialov. Polimeri so lahko sintetični, kot je plastika, ali biološki, kot je naša DNK. Raziskava je osnovana na odkritju PET-RAFT polimerizacije na univerzi UNSW leta 2014. To je bila nova metoda za izdelavo želenih polimerov s pomočjo vidne svetlobe in polimerizacijske tehnike RAFT. Takšne polimere je mogoče aktivirati, da za razliko od običajnih polimerov, ki so po produkciji nespremenljivi, začnejo rasti. Po iznajdbi RAFT metode se je tehnologija na področju produkcije polimerov izboljšala in postala nepogrešljiva za izdelavo mnogih molekul za različne namene, vključno s področji dostave zdravil in drugih biomaterialov.
Prvi na svetu
Vodilni avtor Cyrille Boyer je dejal, da je najnovejši preboj njegove ekipe prvi na svetu, ki je razvil nov sistem 3D tiskanja z uporabo PET-RAFT polimerizacije, s katero je mogoče spreminjanje natisnjenih materialov po tiskanju.
»Nadzorovana polimerizacija še nikoli poprej ni bila uporabljena s 3D in 4D tiskom, saj so običajne hitrosti polimerizacije prepočasne za 3D tisk, kjer mora biti hitrost reakcije dovolj hitra, da ne upočasnjuje hitrosti tiskanja,« je dejal prof. Boyer. »Po dveh letih raziskav in stotin eksperimentov smo razvili proces polimerizacije, ki je dovolj hiter za uporabo v 3D tisku. Za razliko od običajnega 3D tiska nam tu vidna svetloba omogoča nadzor nad strukturo tiskanih materialov in naravna mehanske lastnosti tiskane strukture čim bližje prvotno želenim. Novi proces nam omogoča tudi 4D tiskanje in kasnejše spreminjanje ali dodajanje funkcij tiskanemu materialu.« Soavtor, dr. Nathaniel Corrigan, pa poudarja prednost njihovega sistema pred drugimi, da lahko natančno nadzira molekule v natisnjenem materialu. »4D tiskanje je posebna oblika 3D tiska, ki omogoča natisnjenemu objektu naknadno spreminjanje oblike ali kemijske sestave, in slednji se tako prilagodi svojemu okolju. V naših eksperimentih se je 3D natisnjen material lahko preoblikoval, ko smo ga izpostavili vodi, ko pa se je posušil, se je povrnil v prvotno obliko. Lahko ustvarimo tudi ploščat material, ki se ob določenih pogojih prepogne. Ker se premika, se spreminja v četrti dimenziji, torej času.«
Od biomedicinske uporabe do zmanjšanja količine odpadkov
Raziskovalci upajo, da bo njihovo odkritje 3D tiskanja z uporabo PET-RAFT polimerizacije pomagalo rešiti mnoge probleme, ki pestijo človeštvo. Prof. Boyer je dejal, da bi metodo lahko uporabili za popravljanje in spreminjanje vsakodnevnih predmetov. »Primarno področje uporabe je seveda recikliranje, saj nam takšno tiskanje omogoči popravilo in nadaljnjo uporabo plastičnih predmetov,« je dejal. »Navadna reciklaža sloni na zavrženih predmetih, predmeti, izdelani z našo tehnologijo, pa se bodo sposobni do neke mere obnavljati. Dosegli bi lahko tudi posebne učinke, kot je plastična skodelica za kavo, iz katere zraste otipljiv želeni logotip, ko vanjo nalijemo vročo tekočino. Ko bi se skodelica ohladila, pa bi se struktura povrnila v samo skodelico.« Dr. Corrigan je poudaril še združljivost te tehnologije z biomedicino, saj za delovanje ne potrebuje ekstremnih pogojev, ki niso dosegljivi znotraj organizma.
»Trenutni postopki 3D tiskanja so večinoma nezdružljivi z biomedicinskimi aplikacijami zaradi potrebnih pogojev, kot so strupene kemikalije in močna UV svetloba. Z združevanjem PET-RAFT polimerizacije in 3D tiska pa lahko izdelamo dolge verige polimerskih molekul le z vidno svetlobo in ne z visoko temperaturo, kot je običajno za proces polimerizacije. Temperature, višje od 40 ˚C, uničijo celice, naša tehnologija pa se lahko uporablja na sobni temperaturi, kar zagotavlja veliko boljše preživetje celic.« Profesor Boyer je dodal, da bi se predmeti, izdelani z novo metodo, veliko lažje uporabljali v naprednih biomedicinskih postopkih, kot je vzgajanje tkiva, kjer osnovna struktura tkiva služi kot osnova za ustvarjanje večjih količin tkiva za medicinske namene. »Naša metoda cilja na zelo specifična mesta uporabe na področjih mikroelektronike in biomedicine, ki sta zelo široki polji s potrebo po zelo naprednih polimerih,« je še dodal.
3D in 4D tisk za vsakogar
Profesor Boyer je dejal, da bi ta nova tehnika tiska omogočala ustvarjanje poljubnih materialov z neomejenimi lastnostmi komercialnim in nestrokovnim uporabnikom. »Svoj sistem bi radi raziskali podrobneje, da najdemo in odpravimo čim več težav, ki bi stale na poti komercialnemu uspehu te tehnologije. Z združevanjem 3D in 4D tiska z nadzorovano polimerizacijo lahko naredimo res ogromno naprednih in funkcionalnih materialov za različne tehnološke potrebe.«
