Inżynierowie Rutgersa opracowują metodę druku 4D dla hydrożelów zmieniających kształt

Kiedy obiekty drukowane w 3D mogą się poruszać i zmieniać kształt z własnej woli, to technicznie sprawia, że ​​są drukowane 4D.

Lee jest starszym autorem nowego badania, zatytułowanego "Mikro 3D drukowanie temperatury". Responsywny hydrożel za pomocą mikroskopii stereoskopowej ", który został właśnie opublikowany w raportach naukowych; Doktorant MAE Daehoon Han jest głównym autorem, a współautorami są doktorant Zhaocheng Lu i Shawn A. Chester, adiunkt w New Jersey Institute of Technology.

Streszczenie brzmi: "Poly ( N-izopropyloakryloamid) (PNIPAAm), hydrożel reagujący na temperaturę, był obszernie badany w różnych dziedzinach nauki i inżynierii. Jednak produkcja PNIPAAm w dużym stopniu opierała się na konwencjonalnych metodach, takich jak techniki formowania i litografii, które są z natury ograniczone do dwuwymiarowej (2D) przestrzeni. Poniżej przedstawiamy trójwymiarowy (3D) druk PNIPAAm za pomocą techniki cyfrowej produkcji o wysokiej rozdzielczości, mikro-stereolitografii projekcyjnej (PμSL). Kontrola zależnej od temperatury deformacji PNIPAAm wydrukowanej 3D jest osiągnięta poprzez kontrolowanie parametrów procesu produkcyjnego, jak również kompozycji żywicy polimerowej. Wykazano również sekwencyjne zniekształcenie struktury PNIPAAm drukowanej 3D poprzez selektywne inkorporowanie jonowego monomeru, który przesuwa temperaturę pęcznienia PNIPAAm. "

Badanie pokazuje skalowalną metodę zespołu szybkiego, hydrożelowego o wysokiej rozdzielczości 3D druk. Badacze od dawna interesują się hydrożelami reagującymi na bodźce, które wykazują zmiany chemiczne lub fizyczne w reakcji na warunki środowiskowe, a jak widać na powyższym filmie, materiały, które zawierają wodę, pozostają trwałe i utrzymują swój kształt, nawet podczas kształtowania. przesunięcie.

Lee powiedział: "Jeśli masz pełną kontrolę nad kształtem, możesz zaprogramować jego funkcję. Myślę, że to moc druku 3D materiału zmieniającego kształt. Możesz zastosować tę zasadę prawie wszędzie. "

W badaniu zespół wykorzystał hydrożel PNIPAAm reagujący na temperaturę, który był używany od dziesięcioleci w urządzeniach generujących ruch i aplikacjach biomedycznych, takich jak rusztowania.

Podczas, gdy hydrożele są najczęściej produkowane przy użyciu tradycyjnych metod 2D, takich jak formowanie, inżynierowie firmy Rutgers stosowali niedrogą technikę opartą na litografii, zwaną mikrostereolitografią projekcyjną (PμSL), która umożliwia szybkie drukowanie szeregu materiałów na kształty 3D z żywicy wykonanej z żywicy nad czymśhydrożel PNIPAAm, barwnik, który kontroluje przenikanie światła, wiążący środek chemiczny i substancję chemiczną, która ułatwia wiązanie, gdy jest wystawiona na działanie światła.

Zespół badawczy nauczył się wykorzystywać gorące i zimne temperatury do kontrolowania skurczu hydrożelu i wzrost. Gdy temperatura przekracza 32 ° C, materiał usuwa wodę i kurczy się, ale gdy temperatura spada poniżej, pochłania wodę i rozszerza się.

"Pełny potencjał tego inteligentnego hydrożelu nie został do tej pory uwolniony. Dodaliśmy do tego inny wymiar i po raz pierwszy każdy zrobił to na taką skalę ", powiedział Lee. "Są elastycznymi materiałami zmieniającymi kształt. Lubię je nazywać inteligentnymi materiałami. "

W najmniejszym z nich, nadrukowane 4D obiekty hydrożelowe, które naukowcy stworzyli, mają szerokość ludzkiego włosa, ale mogą mierzyć długość do kilku milimetrów. Ponadto zespół odkrył, że zmieniając temperaturę, mogą wyhodować tylko jeden obszar drukowanego obiektu 3D.

Ich inteligentny hydrożel z nadrukiem 4D może być używany w wielu aplikacjach, takich jak robotyka miękka, inżynieria tkankowa. , elastyczne siłowniki i czujniki oraz urządzenia biomedyczne. Mógłby nawet oferować sztywność strukturalną w ludzkich narządach, takich jak płuca, a naukowcy mogliby wstawiać małe cząsteczki, takie jak narkotyki lub wodę, do materiału, który mógłby być transportowany wewnątrz ludzkiego ciała i uwalniany w odpowiednim punkcie.