Rusztowania z cukrem z nadrukiem 3D mogą mieć wpływ na drukowanie biologiczne i mikrofluidy

Rozpuszczalny w wodzie, biodegradowalny izomalt może być drukowany w 3D za pomocą techniki zwanej swobodnym drukowaniem 3D, która w zasadzie rysuje się w powietrzu - cukier stwardnieje, gdy powietrze uderza w niego, pozwalając na natychmiastowe utrzymywanie jego struktury bez kolejnej warstwy poniżej. Umożliwia to inżynierom drukowanie delikatnych sieci włókien, a nie przedmiotów pełnych.

"Jest to świetny sposób na tworzenie kształtów, wokół których możemy modelować miękkie materiały lub hodować komórki i tkanki, a następnie rusztowanie rozpuszcza się - powiedział Rohit Bhargava, profesor Bioinżynierii i dyrektor Centrum Onkologii na Uniwersytecie Illinois. "Na przykład jednym z możliwych zastosowań jest hodowanie tkanki lub badanie guzów w laboratorium. Hodowle komórkowe są zwykle wykonywane na płaskich naczyniach. To daje nam pewne cechy komórek, ale nie jest to bardzo dynamiczny sposób spojrzenia na to, jak system faktycznie funkcjonuje w ciele. W ciele istnieją dobrze zdefiniowane kształty, a kształt i funkcja są bardzo blisko spokrewnione. "

Cukier był wcześniej drukowany w 3D, ale jest podatny na spalanie lub krystalizację. Isomalt jest mniejszy, jak to wyjaśniono w artykule zatytułowanym "Wzorcowa konstrukcja i charakterystyka wysoce precyzyjnego procesu drukowania 3D dla szkła z węglowodanów", do którego można uzyskać dostęp. Naukowcy stworzyli specjalną drukarkę 3D, która miała odpowiednią temperaturę, ciśnienie i średnicę dyszy oraz szybkość, aby drukować materiał płynnie.

"Po materiałach i mechanice trzecim komponentem była informatyka", powiedział Matthew Gelber, ostatni doktorant i pierwszy autor artykułu. "Masz projekt rzeczy, którą chcesz zrobić; jak powiesz drukarce, żeby to zrobiła? Jak wymyślić sekwencję drukowania wszystkich tych przecinających się włókien, aby się nie zwinąć? "

Badacze z University of Illinois nawiązali współpracę z Gregiem Hurstem z Wolfram Research, aby stworzyć algorytm projektowania rusztowań i mapowania ścieżki drukowania.

"Na przykład wydrukowaliśmy królika. Zasadniczo zmienilibyśmy właściwości mechaniczne ogona królika, by był inny niż tył króliczka, a jednak różniłyby się od uszu - powiedział Bhargava. "To bardzo ważne biologicznie. W drukowaniu warstwa po warstwie, masz ten sam materiał i deponujesz taką samą ilość, więc bardzo trudno jest dopasować właściwości mechaniczne. " CD3D .

Bhargava i jego grupa używają cukrurusztowania w różnych urządzeniach mikrostrumieniowych i hodowlach komórkowych i pracują nad stworzeniem powłoki dla rusztowań, aby kontrolować szybkość ich rozpuszczania. Niedawno opublikowany artykuł jest częścią serii publikacji opartych na pracy magisterskiej Gelber, która koncentruje się na tym, jak zbudować specjalną drukarkę 3D i stworzyć algorytmy potrzebne do jej obsługi. Naukowcy mają nadzieję, że inni będą mogli używać swoich modeli do budowy drukarek i odkrywania różnych aplikacji dla struktur izomaltowych.

"Ta drukarka jest przykładem inżynierii, która ma długoterminowe implikacje dla badań biologicznych" - powiedział Bhargava. "Jest to fundamentalna inżynieria, która wraz z materiałami i informatyką stanowi użyteczne urządzenie do zastosowań biomedycznych."