Ny universel bæreblæk til 3D-print

Forskere ved ETH har fremstillet en gel af cellulosefibre og biologisk nedbrydelige nanopartikler, der bliver flydende, når den presses gennem dysen på en 3-D printer, men vender så hurtigt tilbage til sin oprindelige form. Deres opfindelse baner vejen for personaliserede biomaterialeimplantater.

På samme måde som medicin har set en tendens til præcisionsmedicin – hvor behandlingen er skræddersyet til patientens genetiske sammensætning – i de senere år, materialeforskere retter i stigende grad deres opmærksomhed mod præcisionsbiomaterialer. Som tingene står, imidlertid, personlige implantater er stadig langt væk. "Men i øjeblikket, vi gør store fremskridt mod dette mål – og lærer meget i processen, " siger Mark Tibbitt, Professor i makromolekylær teknik ved Institut for Mekanik og Procesteknik ved ETH Zürich.

Tandpastaproblemet

Tidligere, forskere, der arbejder inden for præcisionsbiomaterialer, blev holdt tilbage af, at de skulle udvikle nyt [A1] blæk til 3-D-printeren til hver applikation. "Hvis nogen ønskede at replikere en del af et øje, for eksempel, de var ikke i stand til at trække på arbejdet fra folk, der designer øreproteser, " forklarer Tibbitt. Men nu, han og hans team har opfundet en universel bæreblæk, der "dramatisk forenkler" udviklingen af ​​nye applikationer, som forskerne skriver i deres papir.

I det væsentlige, 3-D-print kræver en løsning på en gåde, der tilfældigt omtales som "tandpastaproblemet":på den ene side, tandpasta bør ikke være for tyktflydende, da det ville gøre det vanskeligt at presse gennem den smalle åbning af tuben; på den anden, det må ikke være for flydende, for det ville så straks dryppe af tandbørsten. Tilsvarende i 3-D print, bæreblækket skal være i stand til at blive flydende for at flyde gennem trykdysen, og derefter størkne, så den trykte struktur ikke umiddelbart mister sin form.

Transient netværk

Det er her den universelle bæreblæk, som Tibbitts team har udviklet, kan hjælpe. Den består af cellulosefibre opløst i vand kombineret med bionedbrydelige polymere nanopartikler. Når der ikke udøves et eksternt pres, fibrene binder sig til partiklerne. Dette skaber et forbigående netværk, der kan blive forstyrret, når det udsættes for de høje forskydningskræfter i printerdysen - men som hurtigt forvandles efter at have passeret gennem den smalle åbning.

I yderligere forsøg, Tibbitt og hans team af forskere tilføjede forskellige polymerer (såsom hyaluronsyre, gelatine, kollagen, eller fibrinogen) til deres nye bæreblæk. Disse sekundære polymerer ændrede ikke blækkets flowadfærd gennem hovedet på printerdysen, men gjorde det muligt for forskerne at størkne det forbigående netværk for at danne den trykte struktur på et sekund, efterfølgende trin.

Nye lægemiddeladministrationssystemer

Tibbitts team testede også, hvordan levende celler opfører sig i bærefarvet - og fandt ud af, at det samme antal celler overlever i blækket, som de gør udenfor. Baseret på det faktum, at hydrofobe stoffer kan indføres i nanopartiklerne - og hydrofile stoffer kan tilsættes til den vandige fase med cellulosefibrene - viste forskerne, at deres blæk også er velegnet til udvikling af nye lægemiddelleveringssystemer. På grund af dets egnethed til brug i en bred vifte af applikationer, at kalde deres blækbærer til 3-D-print "universal" er bestemt ingen overdrivelse.