Onderzoekers van ETH hebben een gel gemaakt van cellulosevezels en biologisch afbreekbare nanodeeltjes die vloeibaar worden wanneer ze door het mondstuk van een 3D-printer worden gedrukt. maar keert dan snel terug naar zijn oorspronkelijke vorm. Hun uitvinding maakt de weg vrij voor gepersonaliseerde implantaten van biomateriaal.

Op dezelfde manier waarop de geneeskunde de afgelopen jaren een trend heeft gezien naar precisiegeneeskunde - waarbij de behandeling is afgestemd op de genetische samenstelling van de patiënt - materiaalwetenschappers richten hun aandacht steeds meer op precisiebiomaterialen. Stand van zaken, echter, gepersonaliseerde implantaten zijn nog ver weg. "Maar op dit moment we boeken grote vooruitgang in de richting van dit doel - en leren veel in het proces, " zegt Mark Tibbitt, Hoogleraar Macromoleculaire Engineering aan de afdeling Werktuigbouwkunde en Procestechniek aan de ETH Zürich.

Het tandpastaprobleem

Eerder, onderzoekers die werkzaam zijn op het gebied van precisie-biomaterialen werden gehinderd door het feit dat ze voor elke toepassing nieuwe [A1]-inkten voor de 3D-printer moesten ontwikkelen. "Als iemand een deel van een oog wilde namaken, bijvoorbeeld, ze konden niet putten uit het werk van mensen die oorprothesen ontwerpen, " legt Tibbitt uit. Maar nu, hij en zijn team hebben een universele dragerinkt uitgevonden die de ontwikkeling van nieuwe toepassingen "drastisch vereenvoudigt", zoals de onderzoekers in hun paper schrijven.

Eigenlijk, 3D-printen vraagt ​​om een ​​oplossing voor een raadsel dat terloops 'het tandpastaprobleem' wordt genoemd:aan de ene kant, tandpasta mag niet te stroperig zijn, omdat het dan moeilijk is om door de nauwe opening van de tube te knijpen; op de andere, het mag niet te vloeibaar zijn, want dan zou het meteen van de tandenborstel afdruipen. evenzo, bij 3D-printen, de dragerinkt moet vloeibaar kunnen worden om door het printmondstuk te stromen, en vervolgens stollen zodat de gedrukte structuur niet onmiddellijk zijn vorm verliest.

Tijdelijk netwerk

Dit is waar de universele dragerinkt die het team van Tibbitt heeft ontwikkeld kan helpen. Het bestaat uit cellulosevezels opgelost in water gecombineerd met biologisch afbreekbare polymere nanodeeltjes. Als er geen externe druk wordt uitgeoefend, de vezels hechten zich aan de deeltjes. Dit creëert een tijdelijk netwerk dat kan worden verstoord wanneer het wordt blootgesteld aan de hoge afschuifkrachten in het mondstuk van de printer, maar dat zich snel hervormt nadat het door de nauwe opening is gegaan.

Bij verdere experimenten, Tibbitt en zijn team van onderzoekers voegden verschillende polymeren toe (zoals hyaluronzuur, gelatine, collageen, of fibrinogeen) aan hun nieuwe dragerinkt. Deze secundaire polymeren veranderden het vloeigedrag van de inkt door de kop van het printermondstuk niet, maar stelde de onderzoekers in staat om het tijdelijke netwerk te verstevigen om de gedrukte structuur in een seconde te vormen, volgende stap.

Nieuwe systemen voor medicijntoediening

Tibbitts team testte ook hoe levende cellen zich gedragen in de dragerinkt - en ontdekte dat hetzelfde aantal cellen in de inkt overleven als buiten. Op basis van het feit dat hydrofobe stoffen in de nanodeeltjes kunnen worden gebracht - en hydrofiele stoffen kunnen met de cellulosevezels aan de waterige fase worden toegevoegd - toonden de onderzoekers aan dat hun inkt ook geschikt is voor de ontwikkeling van nieuwe medicijnafgiftesystemen. Vanwege de geschiktheid voor gebruik in een breed scala aan toepassingen, hun inktdrager voor 3D-printen "universeel" noemen is zeker niet overdreven.