Ingeniører 3D-print med formskiftende smart gel

Rutgers ingeniører har opfundet en "4D -udskrivningsmetode" til en smart gel, der kan føre til udvikling af "levende" strukturer i menneskelige organer og væv, bløde robotter og målrettet lægemiddellevering.

4D-udskrivningsmetoden her indebærer udskrivning af et 3D-objekt med en hydrogel (vandholdig gel), der ændrer form over tid, når temperaturerne ændrer sig, sagde Howon Lee, seniorforfatter af et nyt studie og adjunkt i Institut for Mekanisk og Rumfartsteknik ved Rutgers University-New Brunswick.

Studiet, offentliggjort online i dag i Videnskabelige rapporter , demonstrerer hurtigt, skalerbar, højopløselig 3D-udskrivning af hydrogeler, som forbliver faste og bevarer deres form trods vandindhold. Hydrogeler er overalt i vores liv, herunder i Jell-O, kontaktlinser, bleer og menneskekroppen.

Den smarte gel kan give strukturel stivhed i organer såsom lungerne, og kan indeholde små molekyler som vand eller medicin, der skal transporteres i kroppen og frigives. Det kunne også skabe et nyt område inden for blød robotik, og muliggøre nye applikationer i fleksible sensorer og aktuatorer, biomedicinske anordninger og platforme eller stilladser til vækst af celler, Sagde Lee.

"Det fulde potentiale i denne smarte hydrogel er ikke blevet frigivet før nu, "sagde Lee, der arbejder på Ingeniørskolen. "Vi tilføjede en anden dimension til den, og det er første gang, nogen har gjort det på denne skala. De er fleksible, formformende materialer. Jeg kan godt lide at kalde dem smarte materialer. "

Ingeniører ved Rutgers-New Brunswick og New Jersey Institute of Technology arbejdede med en hydrogel, der har været brugt i årtier i enheder, der genererer bevægelse og biomedicinske applikationer såsom stilladser til celler til at vokse på. Men hydrogelfremstilling har i høj grad været afhængig af konventionel, todimensionelle metoder såsom støbning og litografi.

I deres undersøgelse, ingeniørerne brugte en litografibaseret teknik, der er hurtig, billig og kan printe en lang række materialer til en 3D -form. Det indebærer udskrivning af lag af en særlig harpiks for at bygge et 3D -objekt. Harpiksen består af hydrogel, et kemikalie, der fungerer som bindemiddel, et andet kemikalie, der letter binding, når lys rammer det, og et farvestof, der styrer lysindtrængning.

Ingeniørerne lærte, hvordan man præcist kontrollerer hydrogelvækst og krympning. Ved temperaturer under 32 grader Celsius (ca. 90 grader Fahrenheit), hydrogel absorberer mere vand og svulmer i størrelse. Når temperaturen overstiger 32 grader Celsius, hydrogel begynder at udvise vand og krymper. De objekter, de kan skabe med hydrogelområdet, spænder fra et menneskehårs bredde til flere millimeter lange. Ingeniørerne fandt også ud af, at de kan vokse et område af et 3D -printet objekt - skabe og programmere bevægelse - ved at ændre temperaturer.

"Hvis du har fuld kontrol over formen, så kan du programmere dens funktion, "Sagde Lee." Jeg tror, ​​det er kraften ved 3D-udskrivning af formskiftende materiale. Du kan anvende dette princip næsten overalt. "