Antybakteryjne materiały do druku 3D

Jedną z zalet technologii druku 3D jest możliwość korzystania z szerokiej gamy materiałów, o różnych właściwościach. Tworzywem, które ma szansę zostać wykorzystane w charakterze materiału do druku przestrzennego może być zarówno kompozytowy materiał o wysokiej odporności mechanicznej, światłoutwardzalna żywica czy proszek metaliczny.

Nierzadko mamy do czynienia z tzw. materiałami eksperymentalnymi, zmieniającymi kolor w czasie użytkowania czy pełniącymi rolę podłoża dla roślin. Często mają one jednak formę jedynie ciekawostki, dla której trudno znaleźć realne, użyteczne zastosowanie. Producenci materiałów, zdając sobie sprawę z wymagań klientów tworzą nadal nowe materiały tworzone zarówno dla pasjonatów jaki na potrzeby przemysłu, m.in. motoryzacji czy branży automotive.

Osobną dziedziną, która korzysta z różnorodności materiałów do druku 3D jest medycyna. Niejednokrotnie pisaliśmy o szerokim wykorzystaniu technologii druku 3D w branży medycznej – metoda ta świetnie sprawdza się w tworzeniu elementów wspomagających przygotowanie się do zabiegu, prowadnic chirurgicznych czy samych implantów.

W przypadku tradycyjnych wszczepów, lekarze będący równocześnie specjalistami od druku 3D znaleźli dość duże pole do optymalizacji. Świetne właściwości mechaniczne tworzyw z rodziny PAEK pozwoliły nawet na zastąpienie metali, które zazwyczaj wykorzystywane są do produkcji implantów medycznych. Co więcej, niezależnie przeprowadzone badania OsteoFab, czyli innowacyjnej, addytywnej metody produkcji podobnego tworzywa PEKK (należąca do rodziny PAEK) wykazały, że technika ta pozwala na utrzymanie wysokiej czystości materiału przy wielokrotnie lepszych właściwościach antybakteryjnych niż w przypadku popularniejszego termoplastu PEEK.

Jeśli chodzi o elementy związane z światem medycyny, aspekt antybakteryjności jest istotny. Właściwości antybakteryjne pełnią kluczową rolę w wczesnych etapach implantacji oraz zapobiegają tworzeniu się stanów zapalnych w obrębie wszczepu. W swoich badaniach, specjaliści z OsteoFab, modelując powierzchni implantu inspirowali się skrzydłami owadów (cykad). Stworzyli nanopowłokę, składającą się z mikroskopijnej wielkości igieł, które fizycznie przerywają ciągłość błon komórkowych drobnoustrojów, zmniejszając tym samym ryzyka występowania infekcji bakteryjnych.

Często antybakteryjne właściwości są zasługą wykorzystania zagadnień z dziedziny nanaotechnologii. Trafnym przykładem jest chilijski producent filamentów Copperfill. Ich materiały wykazują właściwości antybakteryjne, a ich bakteriobójcze własności osiągnięte zostały przez dodatek nanocząstek miedzi, które według przeprowadzonych badań znacznie ograniczają wzrost kolonii bakteryjnych. Materiał jest w pełni bezpieczny w kontakcie z skórą, a jego właściwości przykuły uwagę nawet specjalistów z NASA. Zainteresowanie antybakteryjnym materiałem wynika z faktu, że czasie długich misji kosmicznych zapobieganie infekcjom jest kluczowe dla zapobiegania niepożądanym skutkom ubocznym ewentualnych urazów.

Własną interpretację antybakteryjnego materiału do druku 3D przedstawili również naukowcy z Uniwersytetu w Sheffield (grafika przewodnia). W swoim artykule „Use of silver-based additives for the development of antibacterial functionality in Laser Sintered polyamide 12 parts”, opublikowanym w Scientific Reports opisali sposób wytwarzania antybakteryjnych elementów metodą spiekania laserowego. Udało im się to osiągnąć przez wzbogacenie materiału środkiem bakteriobójczym na bazie srebra.

Jego skuteczność została zbadana w pierwszej fazie testów – wydrukowane elementy zostały poddane 24-godzinnej ekspozycji na środowisko bakteryjne. Jak się okazało, elementy skutecznie przeciwdziałały dwóm głównym typom bakterii – gram dodatnim i gram ujemnym. Równocześnie, zauważono mniejszą tendencję do tworzenia się biofilmu bakteryjnego na powierzchni wydruku 3D , ponieważ bakterie giną, zanim zdążą do niego przylgnąć.

Badania dowiodły, że materiał z powodzeniem może być stosowany w procesie druku 3D, nie tracąc przy tym swoich właściwości. Co więcej, nie wykazuje on toksyczności w kontakcie z ludzką skórą. Jako przykład zastosowań badacze zaangażowani w projekt wymieniają m.in. druk 3D elementów, tam gdzie rozprzestrzenianie się infekcji  jest szczególnie niepożądanym zjawiskiem – m.in. w szpitalach i domach opieki.

Źródło: tctmagazine.com