un, Un'immagine illustrativa per un tipico processo di scrittura laser diretta tridimensionale. Un secondo femoto dopo è stato strettamente focalizzato su un materiale fotosensibile (idrogel nel nostro caso). B, Risultato della fabbricazione della microstruttura della catasta di legno 3D. La struttura della catasta di legna è stata ripresa in modalità riflettente in un microscopio confocale Nikon, e la caratteristica 3D e la risoluzione sub-micrometrica sono state chiaramente dimostrate. C, Fabbricazione e caratterizzazione di una microstruttura con effetto a memoria di forma sensibile all'acqua. Quando il microambiente è pieno d'acqua, la microstruttura si gonfierà in ottagoni a causa delle sue proprietà meccaniche. Quando il contenuto di acqua nell'ambiente diminuisce (evapora), gli ottagoni si ridurranno in quadrati. Grazie alla robustezza del materiale, questo processo di effetto memoria di forma può essere invertito più volte su scala micrometrica. Credito:Haoyi Yu, Haibo Ding, Qiming Zhang, Zhongze Gu, e Min Gu
La fabbricazione di scaffold idrogel a memoria di forma non richiede solo biocompatibilità, risoluzione micrometrica, elevata resistenza meccanica, ma richiede anche una bassa soglia di polimerizzazione in ambienti ad alto contenuto di acqua per incorporare microstrutture con tessuti biologici. Verso questo obiettivo, scienziati cinesi e australiani hanno sviluppato una nuova formula di idrogel che soddisfa pienamente questo obiettivo e ha dimostrato strutture sensibili all'acqua con un effetto memoria di forma su scala micrometrica. Questo lavoro è importante per lo sviluppo di futuri microdispositivi reversibili nell'ingegneria biomedica.
La scrittura laser diretta (DLW) tridimensionale (3D) basata sulla polimerizzazione a due fotoni (TPP) è una tecnologia avanzata per la fabbricazione di micro e nanostrutture di idrogel 3D precise per applicazioni nell'ingegneria biomedica. Particolarmente, l'uso di laser visibili per la DLW 3-D degli idrogel è vantaggioso perché consente un'elevata risoluzione di fabbricazione e favorisce la guarigione delle ferite. Il polietilenglicole diacrilato (PEGda) è stato ampiamente utilizzato nella fabbricazione di TPP grazie alla sua elevata biocompatibilità. Però, l'elevata potenza laser richiesta nel DLW 3-D delle microstrutture PEGda utilizzando un laser visibile in un ambiente ad alto contenuto di acqua limita le sue applicazioni solo a quelle al di sotto del livello di sicurezza della potenza laser biologica.
In un nuovo articolo pubblicato su Produzione avanzata leggera , un team di scienziati, guidato dal professor Min Gu del Center for Artificial-Intelligence Nanophotonics, Università di Shanghai per la scienza e la tecnologia, e il Laboratorio statale chiave di bioelettronica, Università del sud-est, Cina, e collaboratori del Laboratorio di Nanofotonica dell'Intelligenza Artificiale, Università RMIT, Australia, hanno sviluppato una formula per un idrogel TPP a base di 2-idrossi-2-metilpropiofenone (HMPP) e PEGda è stato sviluppato per la fabbricazione di microstrutture 3-D DLW a bassa potenza di soglia (0,1 nJ per impulso laser a una velocità di scrittura di 10 μm·s -1 ) in un ambiente ad alto contenuto di acqua (fino al 79%) utilizzando un raggio laser verde (535 nm).
Sulla base di queste eccezionali proprietà di questa formula di idrogel, una nuova microstruttura a memoria di forma "dagli ottagoni ai quadrati" è stata progettata e fabbricata in un ambiente ad alto contenuto di acqua. A causa dell'effetto reattivo dell'idrogel all'acqua, la microstruttura può cambiare la sua forma insieme al cambiamento del contenuto di acqua nel microambiente. Oltretutto, la microstruttura ha anche dimostrato una reversibilità molto robusta. La formula dell'idrogel e la microstruttura a memoria di forma possono supportare vari tipi di applicazioni nell'ingegneria biomedica. Questi scienziati riassumono il principio su cui si sviluppa il nuovo materiale fotosensibile:
"PEGda è un materiale idrogel molto tipico ed è stato ampiamente utilizzato in numerose applicazioni nell'ingegneria biomedica, grazie alla sua elevata biocompatibilità e non tossicità per i tessuti biologici. Il fotoiniziatore:2-idrossi-2-metilpropiofenone (HMPP) è un tipo di fotoiniziatore molto comunemente usato per litografia a luce ultravioletta a singolo fotone ma non è stato utilizzato per sorgenti di luce visibile (verde) in TPP basato su 3- D DLW. Abbiamo scelto questo materiale perché può soddisfare le esigenze del futuro 3-D DLW:risoluzione di fabbricazione sub-micrometrica; forte stabilità meccanica; elevato rapporto di polimerizzazione in ambienti ad alto contenuto di acqua, che ridurrà la potenza della soglia laser necessaria per la fabbricazione del TPP; e supporta la lunghezza d'onda della luce visibile come sorgente laser funzionante."
"Il materiale presentato può essere utilizzato per fabbricare varie microstrutture utilizzando 3-D DLW a bassa potenza. E verrà utilizzato in un'ampia gamma di scenari applicativi, ad esempio, possiamo fabbricare microstrutture con tessuto biologico in loco, e quindi controllare le forme della microstruttura utilizzando l'effetto a memoria di forma. Questa svolta potrebbe aprire una nuova sede per future microstrutture reversibili nel controllo dei tessuti biologici e sarebbe una piattaforma utile per gli scienziati per studiare i comportamenti e le funzioni dei tessuti biologici", prevedono gli scienziati.
