La ricostruzione accurata delle complesse architetture dei tessuti biologici naturali rappresenta un obiettivo primario nel campo della biostampa tridimensionale (3D). Tra le varie tecnologie di stampa 3D, la stampa basata sulla proiezione si distingue per il suo elevato rapporto tra risoluzione e tempo di produzione, rendendola una metodologia particolarmente promettente nel settore della biostampa.
Sviluppo di un Sistema di Biostampa 3D Multi-Materiale
Un team di ricerca dell’Università di Zhejiang ha sviluppato un sistema di biostampa 3D a proiezione multi-materiale (PBBP) che impiega una strategia di pulizia sinergica denominata “risciacquo controllato dal fluido con adsorbimento capillare assistito da pressione negativa”. Attraverso un’analisi sistematica della stampabilità dei materiali, il team è riuscito a ottenere stampe standardizzate, ad alta fedeltà e ad alta risoluzione di strutture composite di bioinchiostri.
Sfide nella Biostampa Multi-Materiale
Il professor Yong He, a capo della ricerca, ha evidenziato che, in assenza di indagini sistematiche e di sistemi di stampa maturi, persistono sfide scientifiche e ingegneristiche significative. Tra queste figurano le variazioni nelle caratteristiche di fotopolimerizzazione dei bioinchiostri multi-componente, la definizione delle combinazioni di compatibilità dei materiali, i problemi di contaminazione incrociata e la mancanza di criteri standardizzati per valutare la risoluzione nella stampa multi-materiale.
Pubblicazione e Collaborazioni
Lo studio è stato pubblicato il 31 gennaio 2025 sulla rivista Research, il primo Science Partner Journal lanciato dall’American Association for the Advancement of Science (AAAS) in collaborazione con la China Association for Science and Technology (CAST). Il professor He ricopre il ruolo di docente di ingegneria meccanica presso l’Università di Zhejiang.
Importanza della Standardizzazione nella Biostampa
Con l’avanzare delle tecnologie di biostampa, la stampa multi-materiale rappresenta una direzione inevitabile per lo sviluppo del settore. Il professor He sottolinea l’importanza di stabilire quadri di valutazione standardizzati e universalmente applicabili, nonché standard di processo e piattaforme di produzione, per accelerare l’adozione su larga scala di queste tecnologie.
Caratteristiche del Sistema PBBP
Il sistema PBBP sviluppato integra un dispositivo di commutazione delle vasche capace di stampare sincronicamente con sei materiali. Include software operativo dedicato, moduli di monitoraggio meccanico e visualizzazione, calibrazione laser e meccanismi di distacco flessibili per garantire stabilità e operatività.
Applicazioni nei Tessuti Biologici Compositi
Il professor He spiega che il corpo umano è composto da strutture composite che combinano tessuti molli e duri, come le giunzioni tra osso e cartilagine o le interfacce tra pelle e muscolo. Per replicare questi tessuti distinti, vengono utilizzati inchiostri biocompatibili con diverse rigidità. Tuttavia, differenze eccessive nella resistenza dei materiali possono causare disallineamenti meccanici o debolezza nei punti di interfaccia.
Analisi dell’Aderenza degli Idrogel
Attraverso l’analisi dell’energia di frattura, è stato possibile stabilire una “guida” per l’adesione degli idrogel. Misurando l’energia necessaria per separare idrogel combinati di diversa durezza, è stata definita una finestra di stampabilità per le combinazioni di materiali. Esperimenti hanno dimostrato che modelli microscopici all’interfaccia possono ampliare le combinazioni stampabili.
Gestione della Contaminazione Incrociata
La contaminazione incrociata rappresenta una sfida significativa nella stampa multi-materiale, classificabile come infiltrazione o contaminazione residua. Lo studio ha sviluppato protocolli di test standardizzati per valutare la penetrazione di bioinchiostri viscosi, analizzando i fattori che influenzano i tassi di infiltrazione. L’ottimizzazione sistematica dei parametri di lavaggio con fluido e adsorbimento capillare assistito da pressione negativa ha permesso di eliminare efficacemente i rischi di contaminazione.
Valutazione della Risoluzione di Stampa
La risoluzione è un parametro fondamentale per valutare le capacità della stampa 3D. Il professor He evidenzia che è stato sviluppato un modello di test della risoluzione per analizzare sistematicamente la precisione di stampa, identificando e separando le fonti di errore attraverso test approfonditi.EurekAlert!
Questo lavoro rappresenta un passo significativo verso la standardizzazione e l’ottimizzazione della biostampa 3D multi-materiale, contribuendo allo sviluppo di tecnologie più affidabili e precise nel campo della biofabbricazione.
