La combinación de dos formas diferentes de polímeros puede cambiar la fabricación de piezas de silicona de moldeo, fundición y revestimiento por rotación de formas simples a impresión 3D de geometrías complejas con mejores características mecánicas y mejor adhesión biológica, según un equipo de investigadores de Penn State.
"Hasta ahora, el PDMS polidimetilsiloxano o silicona tiene limitaciones en la formabilidad y la fabricación de dispositivos", dijo Ibrahim T. Ozbolat, profesor asociado de familia de Hartz de ciencias de la ingeniería y mecánica y bioingeniería.moldeado, pero esta fabricación produce materiales con propiedades mecánicas débiles y también adhesión celular débil. Los investigadores a menudo usan proteínas extracelulares como la fibronectina para hacer que las células se adhieran ".
PDMS se utiliza para fabricar dispositivos de laboratorio en un chip, dispositivos de órgano en un chip, plataformas de cultivo celular bidimensionales y tridimensionales y máquinas biológicas. El material se considera más comúnmente como silicona resistente al calorespátulas y moldes para hornear flexibles, pero estos son geométricamente simples y se pueden moldear fácilmente. Si el material se usa para cultivos o pruebas de tejidos en crecimiento, las geometrías se vuelven mucho más pequeñas y complejas.
Para que cualquier material sirva como "tinta" en una impresora 3-D, debe poder atravesar la boquilla de impresión y mantener la forma una vez que se deposita. El material no puede extenderse, filtrarse o aplanarse o la integridad del diseñose pierde Sylgard 184, un elastómero de PDMS, no es lo suficientemente viscosa como para usar en la impresión en 3D: el material simplemente sale de la boquilla y los charcos. Sin embargo, cuando se mezcla con SE 1700, otro elastómero PDMS, enla proporción adecuada, la mezcla es imprimible
"Optimizamos la capacidad de impresión de la mezcla para controlar la extrusión y la fidelidad al patrón original que se está imprimiendo", dijo Ozbolat.
Los investigadores optimizan la mezcla para aprovechar una propiedad de materiales llamada "adelgazamiento por cizallamiento". Informan sus resultados en la edición de este mes de Ciencia e ingeniería de biomateriales de ACS .
Si bien la mayoría de los materiales se vuelven más viscosa bajo presión, algunos materiales tienen la respuesta opuesta, no newtoniana, volviéndose menos viscosa. Esto es perfecto para la impresión en 3D porque un fluido que es lo suficientemente viscosa como para asentarse en la boquilla se vuelve menos viscosacuando se produce la presión de expulsar la "tinta". Tan pronto como el material abandona la boquilla, recupera su viscosidad y los hilos finos colocados en el objeto conservan su forma.
El PDMS, cuando está moldeado, tiene una superficie lisa. El material también es hidrófobo, lo que significa que no le gusta el agua. Agregue esas dos propiedades juntas y la superficie moldeada del PDMS no es un lugar fácil para que se adhieran las células de los tejidos. Los investigadores usan con frecuenciarecubrimientos para aumentar la adherencia celular. Las superficies impresas en 3-D, debido a que están formadas por miles de pequeñas hebras de PDMS, tienen pequeñas grietas que ofrecen a las células un lugar para pegarse.
Para probar la fidelidad de la impresión 3-D con PDMS, los investigadores obtuvieron patrones para características biológicas: manos, narices, vasos sanguíneos, orejas y cabeza femoral, del Intercambio de impresiones 3-D de los Institutos Nacionales de Salud.patrones que imprimieron en 3-D en una nariz. Órganos como este se pueden imprimir sin materiales de soporte e incluyen cavidades huecas y geometrías complejas.
"Cubrimos la nariz del PDMS con agua y la fotografiamos en una máquina de resonancia magnética", dijo Ozbolat. "Comparamos la imagen de la nariz reconstruida en 3D con el patrón original y descubrimos que teníamos una fidelidad de forma bastante decente".
Debido a que el PDMS es forzado a través de una boquilla para imprimir, el número de burbujas en el material final es mucho menor que con el moldeo o la fundición. Pasar a través de una aguja de tamaño micrométrico elimina la mayoría de las burbujas.
"Cuando comparamos las firmas mecánicas del PDMS moldeado o moldeado con el PDMS impreso en 3D, descubrimos que la resistencia a la tracción en el material impreso era mucho mejor", dijo Ozbolat.
Debido a que los materiales PDMS se están imprimiendo, podrían incorporarse con otros materiales para hacer dispositivos de una sola pieza compuestos de múltiples materiales. También podrían incorporar materiales conductores para permitir dispositivos funcionalizados.
Otros investigadores en este proyecto fueron Veli Ozbolat, becario postdoctoral en ciencias de la ingeniería y mecánica; Madhuri Dey, estudiantes de doctorado en química; Bugra Ayan, estudiante de doctorado en ciencias de la ingeniería y mecánica; Adomas Povilianskas, estudiante de licenciatura / maestría en ciencias de la ingeniería y mecánica; y Melik C. Demirel, profesor de ciencias de la ingeniería y mecánica.
El Consejo de Investigación Científica y Tecnológica de Turquía y el Ministerio de Educación Nacional de Turquía apoyaron este trabajo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Estado Penn . Original escrito por A'ndrea Elyse Messer. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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