I ricercatori del National Institute of Standards and Technology (NIST) hanno sviluppato un nuovo metodo di stampa 3D su gel e altri materiali morbidi. Pubblicato in un nuovo giornale, ha il potenziale per creare strutture complesse con una precisione su scala nanometrica. Poiché molti gel sono compatibili con le cellule viventi, il nuovo metodo potrebbe avviare la produzione di piccoli dispositivi medici morbidi come sistemi di somministrazione di farmaci o elettrodi flessibili che possono essere inseriti nel corpo umano.

Una stampante 3D standard crea strutture solide creando fogli di materiale, in genere plastica o gomma, e costruendoli strato per strato, come una lasagna, fino a quando non viene creato l'intero oggetto.

L'uso di una stampante 3D per fabbricare un oggetto in gel è "un processo di cottura un po' più delicato, " ha affermato il ricercatore del NIST Andrei Kolmakov. Nel metodo standard, la camera della stampante 3D è riempita con una zuppa di polimeri a catena lunga, lunghi gruppi di molecole legate insieme, disciolti in acqua. Quindi vengono aggiunte le "spezie", molecole speciali sensibili alla luce. Quando la luce della stampante 3D attiva quelle molecole speciali, cuciono insieme le catene di polimeri in modo da formare una struttura soffice simile a una ragnatela. Questa impalcatura, ancora circondato da acqua liquida, è il gel.

Tipicamente, le moderne stampanti a gel 3D hanno utilizzato la luce laser ultravioletta o visibile per avviare la formazione dell'impalcatura del gel. Però, Kolmakov e i suoi colleghi hanno concentrato la loro attenzione su una diversa tecnica di stampa 3D per fabbricare gel, utilizzando fasci di elettroni o raggi X. Poiché questi tipi di radiazioni hanno un'energia maggiore, o lunghezza d'onda più corta, rispetto alla luce ultravioletta e visibile, questi fasci possono essere focalizzati più strettamente e quindi produrre gel con dettagli strutturali più fini. Tale dettaglio è esattamente ciò che è necessario per l'ingegneria dei tessuti e molte altre applicazioni mediche e biologiche. Elettroni e raggi X offrono un secondo vantaggio:non richiedono un insieme speciale di molecole per avviare la formazione di gel.

Ma al momento, le fonti di questo strettamente focalizzato, le radiazioni a breve lunghezza d'onda, i microscopi elettronici a scansione e i microscopi a raggi X, possono funzionare solo nel vuoto. Questo è un problema perché nel vuoto il liquido in ciascuna camera evapora invece di formare un gel.

Kolmakov e i suoi colleghi del NIST e dell'Elettra Sincrotrone Trieste, in Italia, ha risolto il problema e ha dimostrato la stampa su gel 3D nei liquidi posizionando una barriera ultrasottile, un sottile foglio di nitruro di silicio, tra il vuoto e la camera del liquido. Il foglio sottile protegge il liquido dall'evaporazione (come farebbe normalmente nel vuoto) ma consente ai raggi X e agli elettroni di penetrare nel liquido. Il metodo ha consentito al team di utilizzare l'approccio della stampa 3D per creare gel con strutture di appena 100 nanometri (nm), circa 1, 000 volte più sottile di un capello umano. Affinando il loro metodo, i ricercatori si aspettano di imprimere strutture sui gel fino a 50 nm, le dimensioni di un piccolo virus.

Alcune strutture future realizzate con questo approccio potrebbero includere elettrodi iniettabili flessibili per monitorare l'attività cerebrale, biosensori per il rilevamento di virus, micro-robot morbidi, e strutture che possono emulare e interagire con le cellule viventi e fornire un mezzo per la loro crescita.

"Stiamo introducendo nuovi strumenti, fasci di elettroni e raggi X che operano nei liquidi, nella stampa 3D di materiali morbidi, " ha detto Kolmakov. Lui e i suoi collaboratori hanno descritto il loro lavoro in un articolo pubblicato online il 16 settembre in ACS Nano .

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione del NIST. Leggi la storia originale qui.