3D-printbare gels met verbeterde en sterk gecontroleerde eigenschappen kunnen worden gemaakt door micro- en nanonetwerken samen te voegen van dezelfde materialen die zijn gebruikt uit zeewier, Dat blijkt uit nieuw onderzoek van de North Carolina State University. De bevindingen kunnen toepassingen hebben in biomedische materialen - denk aan biologische steigers voor groeiende cellen - en zachte robotica.

Beschreven in het journaal Natuurcommunicatie , de bevindingen tonen aan dat deze op water gebaseerde gels, homocomposiet hydrogels genaamd, zowel sterk als flexibel zijn. Ze zijn samengesteld uit alginaten - chemische verbindingen die worden aangetroffen in zeewier en algen die vaak worden gebruikt als verdikkingsmiddelen en in wondverband.

Door netwerken van verschillende groottes van hetzelfde alginaat samen te voegen, wordt de kwetsbaarheid geëlimineerd die soms kan optreden wanneer verschillende materialen worden samengevoegd in een hydrogel, zegt Orlin Velev, S. Frank en Doris Culberson Distinguished Professor of Chemical and Biomolecular Engineering bij NC State en corresponderende auteur van het artikel.

"Materialen op waterbasis kunnen zacht en broos zijn, " zei hij. "Maar deze homocomposietmaterialen - zachte fibrillaire alginaatdeeltjes in een medium van alginaat - zijn eigenlijk twee hydrogels in één:de ene is een deeltjeshydrogel en de andere is een moleculaire hydrogel. Samengevoegd produceren ze een geleiachtig materiaal dat beter is dan de som der delen, en waarvan de eigenschappen nauwkeurig kunnen worden afgestemd op vormgeving via een 3D-printer voor on-demand productie."

"We versterken een hydrogelmateriaal met hetzelfde materiaal, wat opmerkelijk is omdat het slechts één materiaal gebruikt om de algehele mechanische eigenschappen te verbeteren, " zei Lilian Hsiao, een assistent-professor chemische en moleculaire engineering bij NC State en een co-auteur van het papier. "Alginaten worden gebruikt in wondverbanden, dus dit materiaal kan mogelijk worden gebruikt als een versterkt 3D-geprint verband of als een pleister voor wondgenezing of medicijnafgifte."

"Dit soort materialen hebben het potentieel om het meest bruikbaar te zijn in medische producten, in voedingsmiddelen als verdikkingsmiddel, of in zachte robotica, " zei Austin Williams, een van de eerste co-auteurs van het artikel en een afgestudeerde student in het laboratorium van Velev.

Toekomstig werk zal proberen deze methode voor het samenvoegen van homocomposietmaterialen te verfijnen om 3D-printen voor biomedische toepassingen of biomedische injectiematerialen te bevorderen, zei Velev.

"Deze techniek kan worden gebruikt met andere soorten gels, zoals die worden gebruikt in coatings of in consumentenproducten, ' zei Hsiao.