Een revolutie in de biomedische technologie:4D-printen van slimme elektromechanische materialen

Universidad Carlos III de Madrid, Spanje

Een nieuwe slimme printer maakt de productie van zachte multifunctionele materialen mogelijk door de extrusieparameters voortdurend aan te passen. Door experimentele en computationele methoden te combineren, print het geleidende en magneto-actieve materialen met mechanische eigenschappen die biologische weefsels nabootsen. (Afbeelding:UC3M)

Onderzoekers van de Universidad Carlos III de Madrid (UC3M) hebben software en hardware gemaakt voor een 4D-printer met toepassingen op biomedisch gebied. Naast 3D-printen maakt deze machine het mogelijk om extra functies te controleren:het programmeren van de reactie van het materiaal zodat vormverandering plaatsvindt onder een extern magnetisch veld, of veranderingen in de elektrische eigenschappen zich ontwikkelen onder mechanische vervorming.

Deze onderzoekslijn richt zich op de ontwikkeling van zachte multifunctionele structuren, die bestaan uit materialen met mechanische eigenschappen die biologische weefsels zoals de hersenen of de huid nabootsen. Bovendien kunnen ze hun vorm of eigenschappen veranderen wanneer ze worden geactiveerd via externe stimuli, zoals magnetische velden of elektrische stromen.

Tot nu toe had dit team van onderzoekers verschillende vorderingen gemaakt bij het ontwerp en de fabricage van deze structuren, maar deze waren zeer beperkt in termen van vormontwerp en programmering van intelligente reacties. Het werk wordt gepresenteerd in hun laatste onderzoek, gepubliceerd in het tijdschrift Advanced Materials Technologies, heeft hen in staat gesteld nieuwe mogelijkheden te openen door een nieuwe 4D-printmethodologie te ontwikkelen.

“Deze technologie stelt ons niet alleen in staat de manier te controleren waarop we driedimensionale structuren printen, maar geeft ze ook de mogelijkheid om hun eigenschappen of geometrie te veranderen als reactie op de werking van externe magnetische velden, of de mogelijkheid om hun elektrische eigenschappen te wijzigen wanneer ze vervormen”, legt een van de onderzoekers uit, Daniel García González, hoofd van het ERC 4D-BIOMAP (GA 947723) project en universitair hoofddocent bij de afdeling Continuum Mechanics and Structure van UC3M. Theorie.

Dit type printen is complex omdat het te extruderen materiaal tijdens het printproces overgaat van vloeibaar naar vast. Het is daarom noodzakelijk om de materiaaldynamiek te begrijpen om het productieproces aan te passen en een materiaal te verkrijgen dat voldoende vloeibaar is wanneer het door het mondstuk van de printer stroomt, maar stevig genoeg om een specifieke vorm te behouden.

Daartoe hebben ze een interdisciplinaire methodologie ontwikkeld die theoretische en experimentele technieken combineert, waardoor ze het afdrukapparaat helemaal opnieuw kunnen bouwen, inclusief de hardware en software.

De onderzoekers hebben ook een nieuw materiaalconcept ontwikkeld dat zichzelf autonoom kan genezen zonder dat er externe actie nodig is. "Dit materiaal bestaat uit een zachte polymeermatrix ingebed met magnetische deeltjes met een remanent veld. Voor praktische doeleinden is het alsof we kleine magneten in het materiaal hebben verdeeld, zodat, als het breekt, de resulterende onderdelen, wanneer ze weer bij elkaar worden gebracht, fysiek zullen samenkomen en hun structurele integriteit zullen herstellen", aldus González.

Dankzij deze vooruitgang kon het team drie soorten functionele materialen printen:sommige die hun vorm en eigenschappen veranderen als reactie op externe magnetische velden; anderen met zelfgenezend vermogen; en andere waarvan de elektrische eigenschappen (geleidingsvermogen) variëren afhankelijk van hun vorm of vervorming.

De combinatie van materialen met zelfherstellende eigenschappen en waarvan de elektrische geleidingseigenschappen variëren met vervorming opent enorme mogelijkheden in de ontwikkeling van sensoren en zachte robots.

Neem voor meer informatie contact op met Fco. Javier Alonso op Dit e-mailadres wordt beschermd tegen spambots. U heeft Javascript nodig om het te kunnen zien.; 916-249-035.