Stampa 3D di idrogel altamente estensibile con diversi polimeri induribili UV

IL NUOVO METODO DI STAMPA 3D DI POLIMERI IBRIDI PRODUCE MICRO-DISPOSITIVI ADATTABILI

Scienziati provenienti da Israele, Cina e Singapore hanno sviluppato un nuovo metodo di stampa 3D di idrogel in altri polimeri per creare complesse microstrutture ibride.

Utilizzando una stampante 3D DLP personalizzata e un fotoiniziatore idrosolubile, il team è stato in grado di indurre un legame covalente tra un PEGDA super elastico e altre resine induribili UV. In definitiva, l’approccio dei ricercatori ha permesso loro di creare diversi micro-dispositivi unici, come uno stent malleabile a rilascio di farmaco e un attuatore morbido con potenziali applicazioni robotiche multifunzionali.

Gli idrogel sono essenzialmente reti polimeriche a base d’acqua che possono essere combinate con altre plastiche per creare strutture con una maggiore resistenza o per aggiungere del tutto nuove funzionalità. Sebbene molti di questi dispositivi ibridi si siano rivelati particolarmente utili nelle applicazioni biomediche, sono stati anche limitati alle combinazioni di gomma idrogel, limitando in qualche modo la loro versatilità.

Utilizzando la stampa 3D DLP, d’altra parte, è ora possibile produrre complesse strutture di idrogel e gli scienziati hanno recentemente adottato la tecnologia per creare oggetti in lattice che potrebbero essere allungati fino al 1300%. Tuttavia, nonostante questi sviluppi, il team ha scoperto di non essere in grado di legare efficacemente i propri idrogel con molte altre resine polimerizzabili, a causa dei limiti dei sistemi esistenti.

Di conseguenza, gli scienziati hanno deciso di sviluppare una stampante 3D DLP personalizzata “dal basso verso l’alto”, in cui la luce UV viene proiettata da sotto l’area di costruzione attraverso una lastra di vetro rivestita di precursori. Durante la stampa, la lastra si sposta da un lato all’altro, applicando il precursore mentre si alterna tra due polimeri strato per strato, combinandoli efficacemente in strutture ibride.

Per testare l’efficacia della loro macchina personalizzata, i ricercatori hanno scelto di stampare in 3D una parte che è stata divisa in modo uniforme tra l’idrogel PEGDA flessibile e un elastomero trasparente. L’oggetto risultante presentava forti legami covalenti tra i materiali e il team è stato in grado di comprimerlo fino al 50% senza farli rompere.

I ricercatori hanno quindi alzato la posta combinando tre materiali: un polimero rigido, PEGDA ed elastomero commerciale, in una nuova struttura simile alla schiuma. In questo caso, il team non solo è stato in grado di allungare la parte senza staccarla, ma di regolarne il comportamento meccanico regolando il rapporto di miscelazione dell’idrogel e il contenuto di acqua.

Mettendo in pratica le loro conoscenze, gli scienziati hanno implementato la loro stampante 3D personalizzata per creare uno stent cardiovascolare in metacrilato caricato con idrogel. L’utilizzo di un polimero a memoria di forma ha consentito al team di programmare la rigidità del dispositivo a determinate temperature, rendendolo malleabile a 37 ° C ma più rigido di 20 ° C, consentendo al contempo di adattarsi alle dimensioni di diversi vasi sanguigni se applicato all’interno di scenari di utilizzo finale.

Allo stesso modo, per dimostrare le applicazioni elettroniche del loro approccio, i ricercatori hanno stampato in 3D un attuatore pneumatico all’interno di un sensore di deformazione integrato basato su idrogel. Il dispositivo robotico morbido si è dimostrato altamente elastico e la sua nuova funzionalità apre potenzialmente la strada a dispositivi ibridi conduttivi più complessi da costruire in futuro.

Crescente concorrenza multimateriale

Il potenziale delle parti stampate in 3D multimateriale nell’apertura di nuove applicazioni additive ha portato alla creazione di diverse nuove macchine negli ultimi anni.

La società di automazione Infotech , ad esempio, ha collaborato con il produttore di adesivi DELO per sviluppare una nuova stampante 3D desktop multi-materiale . Basata sul Desktop Dispenser IP-500 dell’azienda, la macchina utilizza un sistema multi-testa per dispensare più resine liquide contemporaneamente.

In maniera simile, gli scienziati della Yokohama National University (YNU), con sede in Giappone, hanno ideato un nuovo metodo di stampa 3D SLA multi-materiale . Il sistema del team sospende le resine in uno stato di goccioline, consentendo di produrre parti multicolori in modo più efficiente che contengono meno vuoti.

Altrove, i ricercatori della Martin Luther University Halle-Wittenberg (MLU) hanno combinato l’estrusione e le tecnologie basate sul getto d’inchiostro per sviluppare un nuovo processo di stampa 3D ibrido . Il nuovo approccio ha anche prodotto dispositivi per la somministrazione di farmaci, in grado di essere caricati con ingredienti medici attivi nella fase di produzione.

I risultati dei ricercatori sono dettagliati nel loro documento intitolato ” Stampa 3D di idrogel altamente estensibile con diversi polimeri induribili UV “, che è stato co-autore di Qi Ge, Zhe Chen, Jianxiang Cheng, Biao Zhang, Yuan-Fang Zhang, Honggeng Li, Xiangnan He, Chao Yuan, Ji Liu, Shlomo Magdassi e Shaoxing Qu.

La ricerca in collaborazione è stata condotta dalla Southern University of Science and Technology , Zhejiang University , Northwestern Polytechnical University , Singapore University of Technology and Design , Hunan University e Hebrew University of Jerusalem .

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