Degli scienziati russi usano nanoparticelle per il nuovo metodo di stampa 3D laser ad alta risoluzione
Recenti ricerche in Russia hanno portato allo sviluppo di un nuovo metodo di stampa 3D che utilizza una nano-particella speciale per ottenere risultati che in precedenza erano ritenuti impossibili, con un potenziale enorme per l’uso nella bio-
stampa, nonché nell’elettronica e in altri campi in cui la risoluzione è particolarmente importante. Il gruppo di ricerca era composto da fisici del Centro di ricerca scientifica di cristallografia e fonetica dell’Accademia Russa delle scienze ei risultati dello studio erano dettagliati in un documento intitolato ” Fotopolimerizzazione 3D ad alta risoluzione assistita da nanoparticelle di upconversion per applicazioni di prototipazione rapida ”, pubblicato nella rivista Scientific Reports.
Un problema comune identificato con molte tecniche di stampa 3D, anche nel più avanzato sistema laser avanzato noto come litografia a due fotoni, è la velocità operativa relativamente lenta e la scarsa risoluzione. Quando è richiesto un alto livello di risoluzione, tecnologie simili potrebbero avere un flusso di lavoro più complesso e una minore flessibilità in termini di progettazione, ma possono spesso essere eseguite a un livello superiore e molto più rapidamente.
Il minuzioso processo di stratificazione per strato per mezzo del quale la tecnologia di stampa 3D crea una struttura è in gran parte la causa di questa operazione fiacca e di una risoluzione insufficiente. La svolta raggiunta dai ricercatori russi è stata la creazione di un nuovo tipo di particelle da utilizzare nel materiale di stampa. Questa particella si collega con altre particelle in un modo molto più complesso e multidimensionale, superando molte delle limitazioni presentate dalla tecnica di stampa 3D litografica a due fotoni standard.
La tecnica di stampa 3D di litografia a due fotoni di solito implica che un serbatoio di resina sia sottoposto a trattamento selettivo mediante un laser ad alta intensità per creare una particolare struttura. I monomeri nella resina sono fotopolimerizzati dal laser. Le nuove nanoparticelle del team sono state create da sodio, tulio, itterbio e fluoro. Sono quelle che sono conosciute come nanoparticelle in upconverting (UCNP), composte da due fotoni. Se esposti alla luce, emetteranno un ulteriore raggio UV. Questa energia può quindi essere utilizzata per polimerizzare le particelle circostanti.
Mettere questi UCNP nel materiale di polimerizzazione significa che possono essere creati voxel tridimensionali. Il targeting di un singolo punto nel materiale di resina consente la distribuzione dell’energia su tutto lo spessore dell’ambiente 3D, creando la struttura desiderata molto più rapidamente. L’ulteriore emissione di energia significa anche che gli stessi risultati possono essere ottenuti con un laser NIR (vicino infrarosso) molto più basso, invece dei laser a femtosecondi più costosi ed elaborati che sono stati precedentemente utilizzati.
L’innovazione dei ricercatori russi migliora la velocità e l’efficienza del processo di stampa 3D di litografia a due fotoni. I voxel a risoluzione più alta che crea anche significa che sarà più adatto per la bio-stampa. Considerando che la penetrazione superficiale dei laser nella vasca di resina potrebbe causare problemi per la stampa di strutture biologiche complesse, questo nuovo approccio consentirebbe alla fotopolimerizzazione di avere luogo molto più in profondità all’interno del tessuto.
Secondo Cyril Khaydukov, uno dei coautori di questo studio pionieristico, “Questa idea può essere utilizzata a scopi biomedici, in particolare nell’ingegneria dei tessuti, sostituendo le parti danneggiate di organi e tessuti usando vari materiali polimerici. Ci aspettiamo che la nostra tecnologia consentirà di creare strutture di dimensioni e proprietà desiderate all’interno dei tessuti viventi per sostituire il danno. ”