Onderzoekers van Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) hebben op zeewier gebaseerde inkten en materialen ontwikkeld voor het ontwikkelen van kleurrijke 2D- en 3D-vormen en -modellen.

De innovatie heet ArtSea Inks and Materials. De set levendige inkten - denk aan een futuristische upgrade van het acht-pack Crayola-kleurpotloden van weleer - is ontwikkeld met behulp van zeewieroplossingen versterkt met pigmenten die het een glanzende afwerking geven. ArtSea-inkten en -materialen hebben geen hoge hitte of niet-duurzame met fossiele brandstoffen beladen plastic materialen nodig om niet-giftige, duurzame constructies.

Van biodetectie tot kunst en educatie…en daarbuiten

De wortels van ArtSea Inks and Materials begonnen met biodetectie in het achterhoofd—specifiek, snelle detectie en karakterisering van biologische bedreigingen - met behulp van een combinatie van sterke punten in 3D-printen, materiaal ontwerp, weefsel engineering, en reactie van de gastheer.

"We hebben deze expertise gekoppeld aan het concept van 3D-printen, zodat we, bijvoorbeeld, een nieuwe 3D-geprinte array van menselijk weefsel ontwikkelen om te bestuderen hoe schadelijke microbiële pathogenen het weefsel kunnen aantasten, " zei Anne Arnold, de onderzoeker die leiding gaf aan de ontwikkeling van ArtSea Inks and Materials. Een voorbeeld van zo'n pathogeen is Bacillus anthracis, de veroorzaker van miltvuur en griep.

Naast biodetectie, het team ontdekte al snel dat ArtSea-inkten en -materialen voor een breder scala aan doeleinden kunnen worden gebruikt, zoals het maken van kunst, modellen leveren voor de wetenschap, technologie, techniek en wiskunde gebruiken, of het ontwikkelen van 3D-geprinte medische modellen.

"We hebben ontdekt dat het een zeer veelzijdige innovatie is die verder gaat dan biodetectie, " zei Sara Hunt, PNNL commercialisering manager. "De technologie kan worden uitgebreid tot grotere medische bedrijven, scholen, zelfs de "doe-het-zelvers" die graag hun eigen creaties maken."

ArtSea inkt en materialen, ontwikkeld met behulp van een intern financieringsprogramma van PNNL dat is ontworpen om innovatie en creativiteit te bevorderen, waren onlangs te zien in Natuur nadat de bevindingen in het tijdschrift waren gepubliceerd ACS Omega .

Alginaat en mica - de geheime saus

ArtSea inkten en materialen worden "bioinkten" genoemd omdat ze zijn gemaakt van alginaat, een goedkope, ruim beschikbaar, en niet-toxisch natriumzout gewonnen uit bruin zeewier. Het materiaal vormt een stabiele gel zonder dat er overmatige hitte nodig is.

Om de bioink te maken, de wetenschappers trekken de pigmenten aan, genaamd mica kleurstoffen, in het algenextract, voor levendige kleuren.

De combinatie algen/mica wordt opgelost in water en vervolgens gecombineerd met een oplossing van calciumchloride. De positief geladen calciumionen versmelten met negatief geladen delen van verschillende polymeerstrengen, het vormen van een stroperige afstembare "gom" die een balans biedt tussen stijfheid en verwerkbaarheid om stabiele 3D-structuren te vormen.

De oplossing wordt vervolgens geëxtrudeerd uit een spuitachtige applicator om kleurrijke, fijn gedetailleerde 2D- en 3D-structuren. Het elimineert de noodzaak voor complex software- of hardware-onderhoud van een 3D-printer.

De bioinkten kunnen ook in elke kleur worden geformuleerd, inclusief metallic en parelmoer kleuren, evenals glow-in-the-dark inkten. ArtSea Inks and Materials kunnen worden gebruikt om representaties van biologische materialen en modellen te maken en om zoogdier- en bacteriële cellen in de bioink op te nemen. De resultaten, bijvoorbeeld, zou structuren kunnen bieden die de lantaarn van het buikgebied van een vuurvlieg verlichten voor het bestuderen van de interne werking van die soort of verschillende regio's in een menselijk brein afbeelden voor anatomielessen in wetenschapslessen op de middelbare school.