De fabricage van hydrogel-steigers met vormgeheugen vereist niet alleen biocompatibiliteit, micrometer resolutie, hoge mechanische sterkte, maar vereist ook een lage polymerisatiedrempel in een omgeving met een hoog watergehalte om microstructuren met biologische weefsels op te nemen. Op weg naar dit doel, wetenschappers uit China en Australië ontwikkelden een nieuwe hydrogelformule die dit doel volledig vervult en toonden op water reagerende structuren met een vormgeheugeneffect op micrometerschaal. Dit werk is van belang voor de ontwikkeling van toekomstige omkeerbare microdevices in de biomedische technologie.

Driedimensionaal (3D) direct laserschrijven (DLW) op basis van twee-fotonpolymerisatie (TPP) is een geavanceerde technologie voor het vervaardigen van nauwkeurige 3D-hydrogelmicro- en nanostructuren voor toepassingen in de biomedische technologie. Bijzonder, het gebruik van zichtbare lasers voor de 3D DLW van hydrogels is voordelig omdat het een hoge fabricageresolutie mogelijk maakt en wondgenezing bevordert. Polyethyleenglycoldiacrylaat (PEGda) wordt veel gebruikt bij de fabricage van TPP vanwege de hoge biocompatibiliteit. Echter, het hoge laservermogen dat vereist is in de 3-D DLW van PEGda-microstructuren met behulp van een zichtbare laser in een omgeving met een hoog watergehalte, beperkt de toepassingen tot alleen die onder het biologische laservermogensveiligheidsniveau.

In een nieuw artikel gepubliceerd in Licht geavanceerde productie , een team van wetenschappers, onder leiding van professor Min Gu van het Center for Artificial-Intelligence Nanophotonics, Universiteit van Shanghai voor Wetenschap en Technologie, en het State Key Laboratory of Bioelectronics, Zuidoost-universiteit, China, en medewerkers van het Laboratorium voor Kunstmatige Intelligentie Nanofotonica, RMIT-universiteit, Australië, hebben een formule ontwikkeld voor een TPP-hydrogel op basis van 2-hydroxy-2-methylpropiofenon (HMPP) en PEGda is ontwikkeld voor de fabricage van 3-D DLW-microstructuren bij een laag drempelvermogen (0,1 nJ per laserpuls bij een schrijfsnelheid van 10 m·s ^-1 ) in een omgeving met een hoog watergehalte (tot 79%) met een groene laserstraal (535 nm).

Op basis van deze uitstekende eigenschappen van deze hydrogelformule, een nieuwe microstructuur met vormgeheugen 'octagons to squares' werd ontworpen en vervaardigd in een omgeving met een hoog watergehalte. Vanwege het responsieve effect van hydrogel op water, de microstructuur kan van vorm veranderen samen met de verandering van het watergehalte in de micro-omgeving. Daarnaast, de microstructuur vertoonde ook een zeer robuuste omkeerbaarheid. De hydrogelformule en de vormgeheugenmicrostructuur kunnen verschillende soorten toepassingen in de biomedische technologie ondersteunen. Deze wetenschappers vatten het principe samen waarop het nieuwe lichtgevoelige materiaal is ontwikkeld:

"PEGda is een zeer typisch hydrogelmateriaal en wordt op grote schaal gebruikt in tal van toepassingen in de biomedische technologie, vanwege de hoge biocompatibiliteit en niet-toxiciteit voor biologische weefsels. De foto-initiator:2-hydroxy-2-methylpropiofenon (HMPP) is een soort zeer veelgebruikte foto-initiator voor lithgrafie met enkel foton-ultraviolet licht, maar is niet gebruikt voor zichtbare lichtbronnen (groen) in TPP op basis van 3- D DLW. We hebben voor dit materiaal gekozen omdat het kan voldoen aan de behoeften voor toekomstige 3-D DLW:fabricageresolutie van submicrometers; sterke mechanische stabiliteit; hoge polymerisatieverhouding in een omgeving met een hoog watergehalte, wat het laserdrempelvermogen dat nodig is voor TPP-fabricage zal verminderen; en ondersteunt de golflengte van zichtbaar licht als de werkende laserbron."

"Het gepresenteerde materiaal kan worden gebruikt om verschillende microstructuren te fabriceren met behulp van 3D DLW met een laag vermogen. En het zal worden gebruikt in een breed scala aan toepassingsscenario's, bijvoorbeeld, we kunnen ter plaatse microstructuren fabriceren met biologisch weefsel, en controleer vervolgens de vormen van de microstructuur met behulp van het vormgeheugeneffect. Deze doorbraak zou een nieuwe locatie kunnen openen voor toekomstige omkeerbare microstructuren bij het beheersen van biologische weefsels en zou een nuttig platform zijn voor wetenschappers om het gedrag en de functies van biologische weefsels te bestuderen", voorspellen de wetenschappers.