Ny 3-D-printmetode kunne sætte gang i skabelsen af ​​bittesmå medicinske anordninger til kroppen

Forskere ved National Institute of Standards and Technology (NIST) har udviklet en ny metode til 3-D-print af geler og andre bløde materialer. Udgivet i et nyt blad, det har potentialet til at skabe komplekse strukturer med præcision i nanometerskala. Fordi mange geler er kompatible med levende celler, den nye metode kunne sætte gang i produktionen af ​​bløde, bittesmå medicinske anordninger, såsom medicinafgivelsessystemer eller fleksible elektroder, der kan indsættes i den menneskelige krop.

En standard 3-D printer laver solide strukturer ved at skabe ark af materiale - typisk plastik eller gummi - og bygge dem op lag for lag, som en lasagne, indtil hele objektet er oprettet.

At bruge en 3-D-printer til at fremstille en genstand lavet af gel er lidt mere en delikat madlavningsproces, " sagde NIST-forsker Andrei Kolmakov. I standardmetoden, 3D-printerkammeret er fyldt med en suppe af langkædede polymerer - lange grupper af molekyler bundet sammen - opløst i vand. Derefter tilsættes "krydderier" - specielle molekyler, der er følsomme over for lys. Når lys fra 3-D-printeren aktiverer disse specielle molekyler, de syr kæderne af polymerer sammen, så de danner en fluffy weblignende struktur. Dette stillads, stadig omgivet af flydende vand, er gelen.

Typisk, moderne 3-D gelprintere har brugt ultraviolet eller synligt laserlys til at starte dannelsen af ​​gel stilladset. Imidlertid, Kolmakov og hans kolleger har fokuseret deres opmærksomhed på en anden 3-D-printteknik til at fremstille geler, ved hjælp af elektronstråler eller røntgenstråler. Fordi disse typer stråling har en højere energi, eller kortere bølgelængde, end ultraviolet og synligt lys, disse stråler kan fokuseres mere stramt og producerer derfor geler med finere strukturelle detaljer. Sådanne detaljer er præcis, hvad der er brug for til vævsteknologi og mange andre medicinske og biologiske anvendelser. Elektroner og røntgenstråler tilbyder en anden fordel:De kræver ikke et særligt sæt molekyler for at starte dannelsen af ​​geler.

Men pt. kilderne til dette stramt fokuserede, stråling med kort bølgelængde - scanningselektronmikroskoper og røntgenmikroskoper - kan kun fungere i et vakuum. Det er et problem, fordi væsken i hvert kammer fordamper i et vakuum i stedet for at danne en gel.

Kolmakov og hans kolleger ved NIST og ved Elettra Sincrotrone Trieste, i Italien, løste problemet og demonstrerede 3-D gelprint i væsker ved at placere en ultratynd barriere - et tyndt ark siliciumnitrid - mellem vakuumet og væskekammeret. Den tynde plade beskytter væsken mod at fordampe (som den normalt ville gøre i vakuum), men tillader røntgenstråler og elektroner at trænge ind i væsken. Metoden gjorde det muligt for teamet at bruge 3-D-printmetoden til at skabe geler med strukturer så små som 100 nanometer (nm) - omkring 1, 000 gange tyndere end et menneskehår. Ved at forfine deres metode, forskerne forventer at præge strukturer på gelerne så små som 50 nm, på størrelse med en lille virus.

Nogle fremtidige strukturer lavet med denne tilgang kunne omfatte fleksible injicerbare elektroder til at overvåge hjerneaktivitet, biosensorer til virusdetektion, bløde mikrorobotter, og strukturer, der kan efterligne og interagere med levende celler og give et medium til deres vækst.

"Vi bringer nye værktøjer - elektronstråler og røntgenstråler, der fungerer i væsker - til 3-D-print af bløde materialer, " sagde Kolmakov. Han og hans samarbejdspartnere beskrev deres arbejde i en artikel, der blev lagt ud online den 16. september i ACS Nano .

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra NIST. Læs den originale historie her.