Революция в биомедицинской инженерии:4D-печать интеллектуальных электромеханических материалов

Мадридский университет Карлоса III, Испания

Новый интеллектуальный принтер позволяет производить мягкие многофункциональные материалы путем непрерывной адаптации параметров экструзии. Сочетая экспериментальные и вычислительные методы, он печатает проводящие и магнитоактивные материалы с механическими свойствами, имитирующими биологические ткани. (Изображение:UC3M)

Исследователи из Университета Карлоса III в Мадриде (UC3M) создали программное и аппаратное обеспечение для 4D-принтера, который можно использовать в биомедицинской области. Помимо 3D-печати, эта машина позволяет управлять дополнительными функциями:программировать реакцию материала так, чтобы под действием внешнего магнитного поля происходило изменение формы или развивались изменения его электрических свойств при механической деформации.

Это направление исследований сосредоточено на разработке мягких многофункциональных структур, которые состоят из материалов с механическими свойствами, имитирующими биологические ткани, такие как мозг или кожа. Кроме того, они могут менять свою форму или свойства при воздействии внешних раздражителей, таких как магнитные поля или электрические токи.

До сих пор эта группа исследователей добилась нескольких успехов в разработке и производстве этих структур, но они были очень ограничены с точки зрения дизайна формы и программирования интеллектуальных реакций. Работа представлена в их последнем исследовании, опубликованном в журнале Advanced Materials Technologies, позволило им открыть новые возможности, разработав новую методологию 4D-печати.

«Эта технология позволяет нам не только контролировать способ печати трехмерных структур, но и давать им возможность изменять свои свойства или геометрию в ответ на действие внешних магнитных полей или возможность изменять свои электрические свойства при их деформации», — объяснил один из исследователей Даниэль Гарсиа Гонсалес, руководитель проекта ERC 4D-BIOMAP (GA 947723) и доцент кафедры механики и структуры сплошной среды UC3M. Теория.

Этот тип печати сложен, поскольку в процессе печати экструдируемый материал переходит из жидкого состояния в твердое. Поэтому необходимо понимать динамику материала, чтобы адаптировать производственный процесс и получить материал, который будет достаточно жидким, когда протекает через сопло принтера, но достаточно твердым, чтобы сохранять определенную форму.

С этой целью они разработали междисциплинарную методологию, которая сочетает в себе теоретические и экспериментальные методы, что позволяет им создавать печатающие устройства с нуля, включая аппаратное и программное обеспечение.

Исследователи также разработали новую концепцию материала, который может самовосстанавливаться самостоятельно, без необходимости внешних действий. "Этот материал состоит из мягкой полимерной матрицы, в которую встроены магнитные частицы с остаточным полем. Для практических целей это похоже на то, как если бы мы имели небольшие магниты, распределенные в материале, так что, если он сломается, когда полученные части снова соединятся, они физически соединятся, восстанавливая свою структурную целостность", - сказал Гонсалес.

Благодаря этим достижениям команда смогла напечатать три типа функциональных материалов:некоторые меняют свою форму и свойства в ответ на внешние магнитные поля; другие, обладающие способностью к самовосстановлению; и другие, чьи электрические свойства (проводимость) меняются в зависимости от их формы или деформации.

Сочетание материалов, обладающих способностью к самовосстановлению и чьи свойства электропроводности меняются в зависимости от деформации, открывает огромные возможности в разработке датчиков и мягких роботов.

Для получения дополнительной информации свяжитесь с Fco. Хавьер Алонсо:Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра у вас должен быть включен JavaScript.; 916-249-035.