Een team van onderzoekers van het Karlsruhe Institute of Technology (KIT) en de Universiteit van Heidelberg hebben onlangs functionele 3D-heteromicrostructuren geïntroduceerd op basis van Poly (N-isopropylacrylamide) (pNIPAM), een polymeer dat reageert op temperatuurveranderingen in de buurt van zijn lagere kritische oplossing temperatuur.

Op prikkels reagerende microstructuren zijn van cruciaal belang voor het creëren van aanpasbare systemen, die interessante toepassingen kunnen hebben in zachte robotica en biowetenschappen. Voor praktische toepassing, echter, materialen moeten compatibel zijn met waterige omgevingen en tegelijkertijd de productie van 3D-structuren mogelijk maken, bijvoorbeeld, met behulp van 3D-printen.

"3-D-printen door direct laserschrijven is een krachtige techniek die de fabricage van bijna alle willekeurige stabiele structuren in het micrometerbereik mogelijk maakt, "Marc Hipper, een van de onderzoekers die het onderzoek heeft uitgevoerd, vertelde TechXplore. "Echter, voor vele toepassingen, vooral op biomedisch gebied, het is wenselijk om de eigenschappen van de resulterende microstructuur op aanvraag te veranderen, omdat dit de stap van passieve naar actieve systemen mogelijk maakt. We wilden een krachtige en veelzijdige techniek presenteren om dergelijke structuren te creëren."

Om complexe bedieningspatronen te bereiken, onderzoekers moeten materialen gebruiken die anders reageren op externe prikkels, zoals temperatuur en licht. Hippler en zijn collega's ontwikkelden dus nieuwe 3D-heteromicrostructuren op basis van N-isopropylacrylamide, een temperatuurgevoelig monomeer dat in de handel verkrijgbaar is.

"Een belangrijk doel van onze studie was om sterke reacties te krijgen met een 'milde' stimulus, "Zei Hippler. "Door de temperatuur slechts iets boven kamertemperatuur te verhogen, blijven we binnen een fysiologisch bereik, wat het systeem interessant maakt voor biologische toepassingen. Men zou kunnen, bijvoorbeeld, denk aan enkele cellen in 3D-steigers die mechanisch worden gestimuleerd door hun omgeving. We hebben ook aangetoond dat deze techniek nuttig kan zijn voor andere gebieden, zoals microfluïdica of zachte robotica."

Hippler en zijn collega's toonden aan dat door de lokale blootstellingsdosis in 3D-laserlithografie te veranderen, de materiaalparameters kunnen op aanvraag worden gewijzigd. Vervolgens hebben ze deze mogelijkheid verder onderzocht om 3D-architecturen te creëren met een grote amplitude en complexe reacties.

Met behulp van hun methode, de onderzoekers hebben met succes actieve structuren gecreëerd die een reactie met grote amplitude op temperatuurveranderingen vertonen. In aanvulling, ze toonden aan dat de respons van deze structuren zowel globaal kan worden geactiveerd, door de watertemperatuur te veranderen, en lokaal, door de gewenste microstructuur te belichten met een laserfocus.

"We hebben een zeer veelzijdige en krachtige techniek gedemonstreerd die door andere mensen kan worden gebruikt en gebruikt, Hippler zei. "Ik denk dat drie van de belangrijkste aspecten van onze studie de creatie zijn van materialen met grotendeels verschillende eigenschappen uit een enkele fotoresist, de sterke activering als gevolg van een milde stimulus en de mogelijkheid om licht te gebruiken om de respons te activeren. Door deze veelzijdigheid we hebben ons niet gericht op één bepaalde toepassing, maar benadrukte verschillende mogelijkheden."

In de toekomst, deze bevindingen zouden de ontwikkeling van materialen met toepassingen op verschillende gebieden kunnen ondersteunen, inclusief microfluïdica, zachte robotica en biowetenschappen. Hippler zal nu verder werken aan dit systeem, specifiek gericht op biologische experimenten.

"Aanvullend, we zullen andere op stimuli reagerende materiaalsystemen onderzoeken met interessante eigenschappen die kunnen worden gebruikt voor direct laserschrijven, " hij zei.

© 2019 Wetenschap X Netwerk