Inženirji Rutgers so izumili metodo “4D tiskanja” s pametnim gelom, ki bi lahko privedla do razvoja “živih” struktur v človeških organih in tkivih, mehkih robotov in ciljne dostave zdravil.
Slika 1: Majhna šahovska figurica kralja, ki je 3D natisnjena s temperaturno odzivnim hidrogelom, je na sliki potopljena v hladno vodo. Vsebuje kar 73 odstotkov vode, vendar kljub temu ostaja trdna. Foto: Daehoon Han / Univerza Rutgers, New Brunswick
»Pristop k 4D tiskanju vključuje tiskanje 3D predmeta s hidrogelom, to je gel, ki vsebuje vodo, ki sčasoma spreminja svojo obliko, ko se temperatura spreminja,« je dejal Howon Lee, avtor te nove študije in docent na Oddelku za strojništvo in vesoljsko tehniko na univerzi Rutgers v New Brunswicku.
Študija, ki je bila nedavno objavljena na spletu v Scientific Reports, prikazuje hitro, prilagodljivo 3D tiskanje hidrogelov z visoko ločljivostjo, ki ostanejo trdni in ohranijo svojo obliko, kljub temu da vsebujejo vodo. Hidrogeli so povsod v našem življenju, tudi v »Jell-O« želatini za prehrano, kontaktnih lečah, plenicah in v človeškem telesu.
»Pametni gel lahko zagotovi strukturno togost v organih, kot so pljuča in lahko vsebuje majhne molekule, kot so voda ali zdravila, ki se prenašajo po telesu in sproščajo. Prav tako bi lahko ustvaril novo področje mehke robotike in omogočil nove aplikacije v prilagodljivih senzorjih in aktuatorjih, biomedicinskih napravah in platformah ali ogrodjih za rast celic,« je dejal Lee.
“Vendar vsega potenciala tega pametnega hidrogela še zdaleč nismo izkoristili,” je dejal Lee, ki dela na šoli za inženiring. »Dodali smo ji še eno dimenzijo in to je nasploh prvi poskus v tej meri. Gre za prožne materiale ki lahko spreminjajo obliko. Sam jih imenujem pametni materiali. «
Inženirji z univerze Rutgers v New Brunswicku in Tehnološki inštitut iz New Jerseya so delali s hidrogelom, ki se sicer že desetletja uporablja v napravah, ki ustvarjajo gibanje in biomedicinskih aplikacijah, kot so ogrodja za rast celic. Vendar se je proizvodnja hidrogelov doslej močno opirala na običajne dvodimenzionalne metode, kot sta vlivanje in litografija.
Na spletni strani https://www.rutgers.edu/news/rutgers-engineers-3d-print-shape-shifting-smart-gellahko najdete tudi videoposnetek, ki prikazuje 3D-tiskano šahovsko figurico kralja, ki se zmanjšuje in raste, ko se temperatura vode spreminja. Posnetek: Daehoon Han / Rutgers University, New Brunswick
V svoji študiji so inženirji uporabili tehniko na osnovi litografije, ki je hitra, poceni in lahko v 3D obliko natisne širok spekter materialov. Vključuje tiskanje plasti posebne smole za izdelavo 3D predmeta. Smola je sestavljena iz hidrogela, kemikalije, ki deluje kot vezivo, še ene kemikalije, ki pospeši lepljenje, ko jo zadene svetloba in barvila, ki nadzoruje prodiranje svetlobe.
Inženirji so iznašli tudi način, kako natančno nadzorovati rast in krčenje hidrogela. Pri temperaturah pod 32 stopinj Celzija (približno 90 stopinj Fahrenheita) hidrogel absorbira več vode in nabrekne. Ko temperature presežejo 32 stopinj Celzija, začne hidrogel izločati vodo in se začne krčiti. Dimenzije predmetov, ki jih lahko ustvarijo s hidrogelom, segajo od debeline človeškega lasu pa do nekaj milimetrov. Inženirji so tudi ugotovili, da lahko vplivajo tudi na rast enega samega območja 3D-natisnjenega predmeta, s čimer lahko sprogramirajo in ustvarijo gibanje s spreminjanjem temperature.
“Če imate popoln nadzor nad obliko, potem lahko sprogramirate tudi njeno funkcijo,” je dejal Lee. »Mislim, da je prav v tem moč 3D tiskanja materiala, ki spreminja obliko. To načelo lahko uporabite skoraj povsod. ”
Vodilni avtor te študije je Daehoon Han, doktorski študent na Oddelku za strojništvo in vesoljsko tehniko na univerzi Rutgers v New Brunswicku. Med soavtorji sta še Zhaocheng Lu, prav tako doktorski študent in Shawn A. Chester, docent na tehnološkem inštitutu New Jersey.
Vir:
https://www.rutgers.edu/news/rutgers-engineers-3d-print-shape-shifting-smart-gel
