Onderzoekers van het National Institute of Standards and Technology (NIST) hebben een nieuwe methode ontwikkeld voor het 3D-printen van gels en andere zachte materialen. Gepubliceerd in een nieuwe krant, het heeft het potentieel om complexe structuren te creëren met precisie op nanometerschaal. Omdat veel gels compatibel zijn met levende cellen, de nieuwe methode zou de productie van zachte kleine medische apparaten, zoals medicijnafgiftesystemen of flexibele elektroden die in het menselijk lichaam kunnen worden ingebracht, een vliegende start kunnen geven.

Een standaard 3D-printer maakt solide structuren door vellen materiaal te maken - meestal plastic of rubber - en ze laag voor laag op te bouwen, als een lasagne, totdat het hele object is gemaakt.

Het gebruik van een 3D-printer om een ​​object van gel te fabriceren is een "iets meer delicaat kookproces, " zei NIST-onderzoeker Andrei Kolmakov. In de standaardmethode, de 3D-printerkamer is gevuld met een soep van polymeren met lange ketens - lange groepen moleculen aan elkaar gebonden - opgelost in water. Vervolgens worden er "kruiden" toegevoegd - speciale moleculen die gevoelig zijn voor licht. Wanneer licht van de 3D-printer die speciale moleculen activeert, ze naaien de ketens van polymeren aan elkaar zodat ze een donzige webachtige structuur vormen. Deze steiger, nog steeds omgeven door vloeibaar water, is de gel.

Typisch, moderne 3D-gelprinters hebben ultraviolet of zichtbaar laserlicht gebruikt om de vorming van de gelsteiger te initiëren. Echter, Kolmakov en zijn collega's hebben hun aandacht gericht op een andere 3D-printtechniek om gels te fabriceren, met behulp van elektronenbundels of röntgenstralen. Omdat deze soorten straling een hogere energie hebben, of kortere golflengte, dan ultraviolet en zichtbaar licht, deze bundels kunnen strakker worden gefocust en produceren daarom gels met fijnere structurele details. Dergelijke details zijn precies wat nodig is voor tissue engineering en vele andere medische en biologische toepassingen. Elektronen en röntgenstralen bieden een tweede voordeel:ze hebben geen speciale set moleculen nodig om de vorming van gels te initiëren.

Maar op dit moment, de bronnen van deze strak gefocuste, kortgolvige straling - scanning-elektronenmicroscopen en röntgenmicroscopen - kan alleen in vacuüm werken. Dat is een probleem omdat in een vacuüm de vloeistof in elke kamer verdampt in plaats van een gel te vormen.

Kolmakov en zijn collega's bij NIST en bij de Elettra Sincrotrone Trieste, in Italië, loste het probleem op en demonstreerde 3D-gelprinten in vloeistoffen door een ultradunne barrière - een dunne laag siliciumnitride - tussen het vacuüm en de vloeistofkamer te plaatsen. Het dunne vel beschermt de vloeistof tegen verdamping (zoals gewoonlijk in vacuüm), maar laat röntgenstralen en elektronen in de vloeistof doordringen. De methode stelde het team in staat om de 3D-printbenadering te gebruiken om gels te maken met structuren zo klein als 100 nanometer (nm) - ongeveer 1, 000 keer dunner dan een mensenhaar. Door hun methode te verfijnen, de onderzoekers verwachten structuren op de gels te printen die zo klein zijn als 50 nm, de grootte van een klein virus.

Sommige toekomstige structuren die met deze benadering worden gemaakt, kunnen flexibele injecteerbare elektroden omvatten om hersenactiviteit te volgen, biosensoren voor virusdetectie, zachte microrobots, en structuren die levende cellen kunnen nabootsen en ermee kunnen interageren en een medium voor hun groei kunnen bieden.

"We brengen nieuwe hulpmiddelen - elektronenstralen en röntgenstralen die in vloeistoffen werken - in het 3D-printen van zachte materialen, " zei Kolmakov. Hij en zijn medewerkers beschreven hun werk in een artikel dat op 16 september online is geplaatst ACS Nano .

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan NIST. Lees hier het originele verhaal.