Stampa 3D di polimeri intrinsecamente nanoporosi tramite separazione di fase indotta dalla polimerizzazione : dai ricercatori del Karlsruhe Institute of Technology (KIT)

I RICERCATORI DI KIT STAMPANO IN 3D OGGETTI POLIMERICI CON FLESSIBILITÀ DI PROGETTAZIONE E POROSITÀ SU NANOSCALA

I ricercatori del Karlsruhe Institute of Technology (KIT) hanno sviluppato un metodo che consente la stampa 3D di polimeri nanoporosi con geometrie complesse che hanno ampi usi nell’accumulo di energia, nell’ingegneria dei tessuti e nelle applicazioni biomediche.

Combinando le tecnologie Digital Light Processing (DLP) e di separazione di fase indotta dalla polimerizzazione (PIPS), gli scienziati hanno stampato in 3D strutture polimeriche di forma complessa di dimensioni comprese tra 100 μm e diversi centimetri con nanoporosità controllata. Il controllo delle proprietà nanoporose delle strutture ha consentito loro di ottimizzare le capacità di adsorbimento, catalisi e separazione degli oggetti stampati.

Secondo i ricercatori, gli attuali metodi di stampa 3D non sono praticamente adatti per fabbricare grandi strutture polimeriche con caratteristiche geometriche complesse su scala submicrometrica, a causa del compromesso tra il voxel di stampa, il volume di costruzione e il tempo di stampa.

Attraverso il loro metodo di recente sviluppo, i ricercatori sono stati in grado di superare queste limitazioni per produrre polimeri con prestazioni di adsorbimento migliorate, oltre a una maggiore adesione cellulare e crescita sulla superficie del polimero.

Gli scienziati hanno implementato DLP, un metodo di stampa 3D che utilizza modelli di luce proiettati per ottenere una polimerizzazione localizzata in una vasca di inchiostro, per creare le loro strutture nanoporose. La nanoporosità è stata ottenuta introducendo porogeni negli inchiostri utilizzati durante il processo DLP, tramite PIPS.

Utilizzando una stampante DLP desktop, gli scienziati hanno fabbricato quattro oggetti che mostrano diverse proprietà geometriche, tra cui una scatola a maglie esagonali, una corona intricata, un cubo reticolare e una tiroide, al fine di dimostrare la capacità del loro metodo di produrre oggetti nanoporosi con geometrie difficili da ottenere con tecniche di estrusione o stampaggio.

I ricercatori sono stati in grado di controllare la dimensione dei pori dei polimeri regolando i parametri di processo come la composizione dell’inchiostro o la densità di irradiazione. Durante il loro studio, sono stati in grado di creare strutture 3D con dimensioni dei pori controllate spazialmente di dimensioni comprese tra 10 nm e 1.000 μm.

I risultati dello studio suggeriscono anche che, sfruttando la flessibilità di progettazione del DLP, il metodo potrebbe essere potenzialmente utilizzato per la stampa 3D di materiali estremamente leggeri.

Il settore della stampa 3D potrebbe potenzialmente trarre grandi vantaggi dalla possibilità di stampare oggetti che possiedono strutture porose inferiori al micrometro. Queste strutture condividono somiglianze con le interfacce biologiche, come la permeabilità e un’ampia superficie, che sono proprietà importanti per applicazioni nell’ambito dello stoccaggio di gas, trattamento delle acque, cromatografia liquida e ingegneria biomedica.

Tuttavia, rimangono alcune limitazioni al metodo, come il dover scendere a compromessi tra porosità e resistenza meccanica degli oggetti stampati in 3D, oltre alla necessità di essiccazione supercritica per mantenere l’integrità strutturale e la porosità superficiale degli oggetti. Anche i porogeni devono essere rimossi dal materiale polimerizzato dopo la stampa.

Ulteriori dettagli dello studio possono essere trovati nel documento intitolato “Stampa 3D di polimeri intrinsecamente nanoporosi tramite separazione di fase indotta dalla polimerizzazione” , nella rivista Nature. È coautore di Z. Dong, H. Cui, H. Zhang, F. Wang, X. Zhan, F. Mayer, B. Nestler, M. Wegener e P. Levkin.

KIT ha svolto ricerche precedenti sulle microstrutture polimeriche di stampa 3D con porosità su nanoscala, avendo sviluppato l’anno scorso un nuovo inchiostro da stampa fotoresist per la litografia a due fotoni. Si ritiene che il materiale possa avere importanti implicazioni per la produzione di micro-ottiche, metamateriali e microimpalcature per esperimenti di bioprinting.

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