Gli scienziati affermano di aver realizzato un inchiostro per la stampa 3D senza coloranti e pigmenti
L’inchiostro biocompatibile è sicuro per l’uso in giocattoli che cambiano colore o persino decorazioni alimentari, anche se non è ancora commestibile, secondo il team cinese
La nuova tecnologia si basa sulla colorazione strutturale, il che significa che produce colori attraverso le interazioni tra la luce e le nanostrutture intrinseche
Gli scienziati cinesi affermano di aver sviluppato un vivido inchiostro per la stampa 3D senza coloranti che è sicuro da usare nei giocattoli che cambiano colore in relazione alla temperatura corporea, o anche per le decorazioni alimentari.
L’inchiostro biocompatibile potrebbe potenzialmente essere sviluppato per biosensori indossabili e pelli bioniche per monitorare l’esercizio attraverso il cambiamento dei colori, secondo il team.
“Riteniamo che questo inchiostro a cristalli liquidi colesterico possa far luce sulla stampa fotonica 3D ecologica di prossima generazione”, ha scritto il team. “L’inchiostro mantiene uno stato cristallino liquido colesterico che dà origine al colore strutturale.”
Un gruppo di ricercatori con sede in Cina ha sviluppato un nuovo modo per aggiungere colore alle parti stampate in 3D che si dice produca prodotti molto più sicuri rispetto alla tintura o alla pigmentazione convenzionali.
L’approccio degli scienziati ruota attorno a un inchiostro biocompatibile che hanno sviluppato, che produce parti in grado di cambiare aspetto attraverso la “colorazione strutturale”, in risposta a stimoli di calore o luce. Utilizzando il loro materiale, il team afferma che potrebbe essere possibile produrre di tutto, dai biosensori indossabili a giocattoli più sicuri per i bambini.
“Riteniamo che il [nostro] inchiostro a cristalli liquidi colesterico possa far luce sulla stampa fotonica 3D ecologica di prossima generazione”, spiega il team nel loro articolo, pubblicato su Proceedings Of The National Academy Of Sciences di questa settimana. “L’inchiostro mantiene uno stato cristallino liquido colesterico che dà origine al colore strutturale.”
Superare la tossicità della tintura
Nel resto del mondo, al di fuori di quello della stampa 3D, è relativamente noto che alcune versioni di prodotti di consumo come tinture per capelli e vestiti, possono causare problemi di salute agli utenti. Il gruppo della campagna per l’abbigliamento sostenibile Good on you arriva al punto di dire che in quest’ultimo “molti coloranti usati oggi sono cancerogeni” e mentre i famigerati “coloranti azoici” sono vietati nell’UE, sono spesso usati altrove.
I ricercatori sono interessati ai pigmenti utilizzati per colorare i filamenti di stampa 3D. Mentre gli additivi utilizzati per questo scopo tendono a variare da materiale a materiale, e come molte cose possono essere tossici in determinate concentrazioni, soprattutto se si agglomerano. Questo è in parte il motivo per cui una ricerca così approfondita va a qualificare le parti come “sicure” per il contatto con alimenti o pelle, poiché esiste il potenziale di contaminazione incrociata in queste aree.
Detto questo, in molti casi, la colorazione delle parti stampate in 3D per la fabbricazione di filamenti fusi rimane essenziale per la loro applicazione finale, sia che si tratti di modelli clinici realistici o di figure desktop. I ricercatori della Fudan University di Shanghai , della Southeast University di Nanchino e dell’Università dell’Accademia cinese delle scienze , hanno quindi cercato una soluzione, e ora l’hanno trovata nel mondo naturale.
In particolare, gli scienziati hanno cercato di replicare un effetto noto come colorazione strutturale, che viene utilizzato per tutto, dal mimetismo all’attrazione di un compagno, da animali come farfalle e pavoni. In pratica, il fenomeno crea l’illusione del colore attraverso superfici strutturate al microscopio, abbastanza fini da interferire con la luce visibile, spesso senza che sia necessaria la pigmentazione per farlo.
“Quando il materiale viene illuminato, alcune delle lunghezze d’onda della sorgente luminosa vengono riflesse, creando ciò che noi vediamo come colore”, ha detto al South China Morning Post l’autore principale dello studio Shang Luoran . “In natura, è così che si formano colori vibranti e metallici senza pigmenti sulle ali di farfalle e insetti, camaleonti e alcune piante.”
“LA COLORAZIONE STRUTTURALE, BASATA SULLA FISICA DEL COLORE, È PIÙ STABILE E IL COLORE NON SI SBIADIRÀ FACILMENTE.”
Un inchiostro per stampa 3D a “colorazione strutturale”.
Per formulare il loro nuovo materiale di stampa 3D, i ricercatori hanno combinato gelatina e idrogel con idrossipropilcellulosa (HPC) e cristalli liquidi di cellulosa colesterica (CLC). Utilizzando l’HPC come “mattone costitutivo”, il team ha scoperto di essere in grado di sviluppare CLC in grado di creare colori brillanti e metallici, mentre l’integrazione di un idrogel termosensibile ha consentito a questo processo di essere “attivato” dalla luce UV.
Con l’obiettivo di valutare le capacità di cambiamento del colore del loro materiale, gli scienziati sono poi passati alla stampa 3D di prototipi di forme diverse su superfici piane, come carta stagnola e un banco da laboratorio. In ogni caso, si dice che le parti abbiano cambiato aspetto al momento giusto, quindi il team ora afferma che stanno cercando modi per migliorare la loro formula, come sostituire i suoi idrogel con “alternative di derivazione naturale”.
In questo modo, i ricercatori affermano che potrebbe essere possibile rendere commestibile il loro inchiostro, fornendogli un nuovo potenziale mercato in cui attingere. Il team sta anche studiando la possibilità di utilizzare il loro materiale per produrre parti su superfici curve. In teoria, ciò potrebbe consentire la creazione di parti complesse come quelle dei giocattoli per bambini, che per ovvi motivi devono soddisfare determinati standard di non tossicità.
“Sono previste ulteriori modifiche alla formulazione dell’inchiostro”, ha concluso Luoran. “Per ora, gli oggetti vengono stampati su superfici piane. Ci auguriamo che la tecnologia possa essere adattata a superfici curve, come una mela, in forme diverse in futuro”.
Adottando un approccio simile alla bio-ispirazione, l’esercito degli Stati Uniti ha brevettato un metodo per applicare “rivestimenti defrattivi” simili a falene alle parti ottiche l’anno scorso. Foto via Ruben Marques.
