Dagli organi artificiali alle batterie avanzate: un polimero rivoluzionario stampabile in 3D
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Un nuovo tipo di materiale stampabile in 3D che va d'accordo con il sistema immunitario del corpo, sperimentato da un gruppo di ricerca dell'Università della Virginia, potrebbe portare a una tecnologia medica più sicura per i trapianti di organi e i sistemi di somministrazione dei farmaci. Potrebbe anche migliorare le tecnologie delle batterie.
I polimeri pieghevoli bottlebrush di Liheng Cai possono dare vita a una varietà di strutture materiali con proprietà diverse che potrebbero consentire applicazioni dai trapianti di organi alla tecnologia delle batterie.
Liheng Cai/Softbiomatter Lab/University of Virginia
La scoperta è oggetto di un nuovo articolo pubblicato sulla rivista Advanced Materials, basato sul lavoro svolto dal Soft Biomatter Laboratory dell'Università della Virginia, guidato da Liheng Cai, professore associato di scienza e ingegneria dei materiali e ingegneria chimica.
Il primo autore dell'articolo è Baiqiang Huang, dottorando presso la Scuola di ingegneria e scienze applicate.
La loro ricerca mostra un modo per modificare le proprietà del polietilenglicole per creare reti estensibili. Il PEG, come è noto, è un materiale già utilizzato in molte tecnologie biomediche come l'ingegneria dei tessuti, ma il modo in cui le reti di PEG sono attualmente prodotte - create in acqua tramite reticolazione di polimeri lineari di PEG, con la successiva rimozione dell'acqua - lascia una struttura fragile e cristallizzata che non può allungarsi senza perdere la sua integrità.
La scoperta dell'elasticità è una caratteristica importante, perché l'elasticità consentirebbe di utilizzare le reti di PEG in strutture più grandi o in strutture che richiedono una certa flessibilità e movimento, come l'impalcatura necessaria un giorno per gli organi umani sintetici.
L'elasticità sta nel design pieghevole
Per creare questa elasticità, il team si è basato sul lavoro esistente del laboratorio di Cai, che aveva già sviluppato un modo per creare polimeri sintetici molto resistenti. L'approccio ha preso spunto dai metodi utilizzati per creare gomma elastica e resistente: immagazzinare la lunghezza in strutture interne a livello molecolare.
Queste strutture interne, dette "a spazzola pieghevole", permettono di ottenere un materiale che può essere sia molto forte che molto elastico. Le molecole polimeriche hanno molte catene laterali flessibili che si irradiano da una spina dorsale centrale che può collassare come una fisarmonica, immagazzinando lunghezza extra che può essere dispiegata.
"Il nostro gruppo ha scoperto questo polimero e ha usato questa architettura per dimostrare che qualsiasi materiale realizzato in questo modo è molto elastico". Ha dichiarato Cai.
Per creare il nuovo materiale descritto in Advanced Materials, Huang ha applicato il concetto di polimero pieghevole a spazzola al PEG. Ha esposto la miscela di precursori alla luce ultravioletta per alcuni secondi, che avvia la polimerizzazione per formare una rete con architettura a spazzola. In questo modo si sono ottenuti idrogeli a base di PEG stampabili in 3D e altamente estensibili ed elastomeri privi di solventi.
"Possiamo cambiare la forma delle luci UV per creare molte strutture complicate", ha detto Huang, tra cui strutture morbide o rigide ma che rimangono elastiche per design. Questo tipo di versatilità nella progettazione potrebbe un giorno consentire la creazione di nuove tecniche per la creazione di organi artificiali o la somministrazione di farmaci.
Il lavoro dimostra anche che i materiali elastici in PEG stampabili in 3D sono biologicamente compatibili. I ricercatori hanno coltivato cellule accanto ai materiali, per assicurarsi che possano vivere fianco a fianco, e sono risultati compatibili, ha detto Huang. Questa è una buona notizia per il suo potenziale utilizzo per materiali che andrebbero all'interno del corpo, come l'impalcatura di un organo.
Applicazioni future
In un'applicazione futura, potrebbe essere possibile combinare il PEG con altri materiali per creare materiali stampabili in 3D con composizioni chimiche diverse, aprendo la porta a molti usi possibili.
Ad esempio, rispetto ai materiali esistenti per gli elettroliti polimerici allo stato solido, i nuovi materiali mostrano una maggiore conducibilità elettrica e una maggiore estensibilità a temperatura ambiente.
"Questa proprietà evidenzia come il nuovo materiale sia un promettente elettrolita allo stato solido ad alte prestazioni per le tecnologie avanzate delle batterie", ha dichiarato Cai. "Il nostro team continua a esplorare le potenziali estensioni della ricerca nelle tecnologie delle batterie allo stato solido".
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Inglese può essere trovato qui.
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