Naukowcy z Uniwersytetu Rutgersa drukują inteligentne, hydrożelowe struktury 4D

Zespół naukowy z Uniwersytetu Rutgersa w stanie New Jersey przedstawił nowatorską metodę drukowania struktur 4D z inteligentnych materiałów hydrożelowych. W zależności od temperatury oraz związanej z tym wilgotności otoczenia, potrafią one zmieniać kształt oraz rozmiar, dzięki czemu z powodzeniem można stosować je w badaniach nad rozwojem inżynierii tkankowej, miękkiej robotyki oraz nowatorskich metod rozprowadzania leków po ludzkim organizmie.

Materiał hydrożelowy jest to po prostu żel, którego bazą jest woda. Substancje te są bardzo popularne i w aplikacjach naukowych stosuje się je od kilkudziesięciu lat. Od pewnego czasu ich potencjał został dostrzeżony również w możliwości stosowania ich w metodach przyrostowych, zwłaszcza dla potrzeb biomedycznych.

Jak wykazano w przeprowadzonych przez naukowców badaniach, druk 3D okazuje się być jedną z najbardziej obiecujących metod umożliwiających „manipulowanie” tym materiałem. Głównym atutem jest tutaj przede wszystkim możliwość pozyskiwania struktur o bardzo wysokiej rozdzielczości, które pod wpływem przyłożenia określonego bodźca zewnętrznego reagują w przewidywalny sposób.

W drukowaniu 3D z hydrożelu zastosowano najbardziej oczywista metodę bazującą na stereolitografii, która polega na budowaniu obiektów z utrwalanych za pomocą światła UV, kolejnych warstw żywicy. Reakcję na określone spektrum promieni UV uzyskano poprzez zastosowanie domieszek odpowiednich fotoinicjatorów.

Kluczem do uzyskania sukcesu był wybór określonego, „inteligentnego” hydrożelu, który w określonych warunkach zapewnia wymaganą sztywność strukturalną oraz opracowanie metody na skuteczne nad nim panowanie (czynnika 4D). W tym wypadku bodźcem zapewniającym kontrolę jest odpowiednie manipulowanie temperaturą. Dla przykładu jeśli wydrukowany przez nas model umieszczony zostanie w środowisku o temperaturze poniżej 32°C, będzie on absorbował wodę z otoczenia i zacznie zwiększać swoją objętość, kiedy temperatura wzrośnie powyżej tej wartości woda będzie uwalniana, a nasz model zacznie się ponownie kurczyć.

Potencjał kontrolowanych w ten sposób właściwości można wykorzystywać między innymi w inżynierii tkankowej, w miękkiej robotyce, do wytwarzania elastycznych czujników i siłowników, w urządzeniach biomedycznych oraz do precyzyjnego aplikowania leków o ściśle określonej dawce i w ściśle określone miejsce.

Źródło: www.3ders.org