Gli ingegneri di Rutgers hanno inventato un metodo di "stampa 4D" per un gel intelligente che potrebbe portare allo sviluppo di strutture "viventi" negli organi e nei tessuti umani, robot morbidi e somministrazione mirata di farmaci.

L'approccio alla stampa 4D qui prevede la stampa di un oggetto 3D con un idrogel (gel contenente acqua) che cambia forma nel tempo quando cambiano le temperature, ha detto Howon Lee, autore senior di un nuovo studio e assistente professore presso il Dipartimento di ingegneria meccanica e aerospaziale della Rutgers University-New Brunswick.

Lo studio, pubblicato online oggi in Rapporti scientifici , dimostra veloce, scalabile, stampa 3D ad alta risoluzione di idrogel, che rimangono solidi e mantengono la loro forma nonostante contengano acqua. Gli idrogel sono ovunque nella nostra vita, incluso in Jell-O, lenti a contatto, pannolini e il corpo umano.

Il gel intelligente potrebbe fornire rigidità strutturale in organi come i polmoni, e può contenere piccole molecole come acqua o farmaci per essere trasportati nel corpo e rilasciati. Potrebbe anche creare una nuova area di robotica morbida, e consentire nuove applicazioni in sensori e attuatori flessibili, dispositivi biomedici e piattaforme o impalcature per la crescita delle cellule, ha detto Lee.

"Il pieno potenziale di questo idrogel intelligente non è stato liberato fino ad ora, " ha detto Lee, che lavora presso la Facoltà di Ingegneria. "Abbiamo aggiunto un'altra dimensione ad esso, e questa è la prima volta che qualcuno lo fa su questa scala. sono flessibili, materiali che mutano la forma. Mi piace chiamarli materiali intelligenti."

Gli ingegneri della Rutgers-New Brunswick e del New Jersey Institute of Technology hanno lavorato con un idrogel che è stato utilizzato per decenni in dispositivi che generano movimento e applicazioni biomediche come le impalcature su cui le cellule possono crescere. Ma la produzione di idrogel si è basata molto su metodi convenzionali, metodi bidimensionali come lo stampaggio e la litografia.

Nel loro studio, gli ingegneri hanno utilizzato una tecnica basata sulla litografia che è veloce, economico e può stampare una vasta gamma di materiali in una forma 3D. Implica la stampa di strati di una resina speciale per costruire un oggetto 3D. La resina è costituita dall'idrogel, una sostanza chimica che funge da legante, un'altra sostanza chimica che facilita l'adesione quando la luce lo colpisce e un colorante che controlla la penetrazione della luce.

Gli ingegneri hanno imparato a controllare con precisione la crescita e il restringimento dell'idrogel. A temperature inferiori a 32 gradi Celsius (circa 90 gradi Fahrenheit), l'idrogel assorbe più acqua e si gonfia di dimensioni. Quando le temperature superano i 32 gradi Celsius, l'idrogel inizia ad espellere acqua e si restringe. Gli oggetti che possono creare con l'idrogel vanno dalla larghezza di un capello umano a diversi millimetri di lunghezza. Gli ingegneri hanno anche scoperto che possono far crescere un'area di un oggetto stampato in 3D, creando e programmando il movimento, cambiando le temperature.

"Se hai il pieno controllo della forma, quindi puoi programmare la sua funzione, "Ha detto Lee. "Penso che sia il potere della stampa 3D di materiale che cambia forma. Puoi applicare questo principio quasi ovunque".