Xi’an Jiaotong University: i ricercatori cinesi creano un nuovo sistema di stampa 3D Hydrogel
Nella recente pubblicazione ” Hydrogel 3D printing with the capacitor edge effect “, gli autori Jikun Wang, Tongqing Lu, Meng Yang, Danqi Sun, Yukun Xia e Tiejun Wang esplorano ulteriormente l’uso di idrogel con tecniche di fabbricazione progressive e delineano il loro nuovo metodo per superare le sfide attuali.
Mentre gli idrogel sono spesso centrali nella bioprinting di oggi, queste strutture sono anche utilizzate in molte altre applicazioni come pannolini di produzione, lenti a contatto e somministrazione di farmaci. Naturalmente, il campo medico beneficia del loro uso continuo, tuttavia, nell’ingegneria dei tessuti. Gli idrogel si sono ramificati anche in numerose categorie diverse come funzionale, reattivo, a doppia rete, tenace, insieme a quelli inclusi in sensori morbidi, attuatori e dispositivi ionici.
Gli autori mettono la questione a portata di mano qui molto chiaramente: man mano che gli idrogel diventano più avanzati, così dovrebbero essere utilizzate le tecniche per crearli. In questo studio, descrivono un nuovo modo di modellare i liquidi con l’effetto del bordo del condensatore, offrendo un metodo che si aspettano di essere applicato per creare sistemi di stampa 3D idrogel completi. Entrano nei dettagli riguardanti le tecniche per la prototipazione rapida di:
Impalcature di idrogel
Compositi di idrogel che sono sensibili alla temperatura
Dispositivo di visualizzazione dell’idrogel ad alta integrità ionica
I principi di PLEEC: un condensatore asimmetrico è separato da uno strato dielettrico.
Utilizzando l’effetto bordo condensatore (PLEEC), gli idrogel possono essere creati con molte proprietà diverse e anche il cross-linking è possibile con una varietà di meccanismi e materiali.
“Il design asimmetrico del condensatore rende possibile la costruzione di un oggetto 3D reale anziché di semplici modelli 2D all’interno di due elettrodi”, affermano i ricercatori. “Costruiamo un sistema di stampa 3D basato sul nuovo metodo e dimostriamo una serie di strutture di idrogel stampate, tra cui uno scaffold in idrogel, un composito di idrogel e dispositivi ionici in idrogel.”
Essenzialmente, i condensatori immagazzinano le cariche elettriche. Qui, gli autori studiano e confrontano condensatori simmetrici e asimmetrici, con l’obiettivo finale di produrre le forme asimmetriche sia per “intrappolare e controllare i liquidi in uno spazio aperto”. Il loro sistema di stampa 3D per idrogel è composto da sette parti:
Modulo meccanico
Pannello PLEEC
Unità di aggiunta di soluzioni
Piattaforma di polimerizzazione
Unità di polimerizzazione
Alimentazione elettrica
Modulo di controllo
I ricercatori utilizzano un Arduino Mega 2560 R3 per controllare il sistema, con tre motori 42 stepper controllati da Leadshine DM542 per azionare le tre guide scorrevoli. Utilizzano anche un alimentatore ad alta tensione (Trek 610E), applicato a 3000 V a 1 kHz.
La polimerizzazione può essere ottenuta mediante polimerizzazione a caldo, polimerizzazione UV o polimerizzazione a scambio ionico e gli idrogel sono facilmente modellabili in diversi compositi. I ricercatori affermano che questo metodo di polimerizzazione consente “un’eccellente integrità e legame”.
“La precisione della nostra tecnica di stampa può essere ulteriormente migliorata se si utilizza uno strato dielettrico con una maggiore permittività o se l’apparato è immerso in un ambiente con maggiore resistenza alla rottura elettrica”, hanno concluso i ricercatori. “La tensione di attivazione può anche essere notevolmente ridotta se si utilizza una tecnica più avanzata per fabbricare uno strato molto più sottile. Se la dimensione dei pixel può essere ulteriormente ridotta a scala micrometrica o inferiore, questa tecnica di stampa ha un grande potenziale per stampare strutture idrogel molto complesse e precise come tessuti artificiali, metamateriali morbidi, elettronica morbida e robotica morbida. “
Gli idrogel di stampa 3D sono oggi popolari in molti laboratori di ricerca poiché la bioprinting continua a raggiungere nuovi traguardi. Mentre l’ingegneria dei tessuti è una scienza molto reale che sta già aiutando molti pazienti oggi che ricevono impianti stampati in 3D e professionisti medici si basano su modelli medici stampati in 3D e guide chirurgiche , l’obiettivo finale è in realtà la stampa 3D di organi umani. Attualmente, tuttavia, gli idrogel possono essere utilizzati in una vasta gamma di applicazioni.
