Questo è il primo rapporto sulle impalcature idrogel di nanocellulosa stampate in 3D in cui abbiamo una struttura a poro gradiente e proprietà meccaniche per imitare le strutture naturali come cartilagine. I due principali vantaggi dell'utilizzo delle tecniche di stampa 3D sono la personalizzazione e la libertà di progettazione. Ciò apre un'opportunità illimitata di fabbricare disegni geometrici nuovi e inesplorato.
Questo protocollo è intuitivo e i nuovi arrivati possono facilmente riprodurre i risultati. La scelta del software di affezione e il movimento dell'ugello hanno un impatto significativo sul prodotto finale. Per iniziare, preparare 40 millilitri di inchiostro idrogel mescolando 11% in peso CNC, 6% in peso alginato di sodio e 12% in peso gelatina in un contenitore.
Scaldare la miscela a 40 gradi Celsius e mescolare con una spatola fino a ottenere una pasta liscia. Trasferire la miscela in una siringa da 60 millilitri. Successivamente, con l'aiuto di un morsetto meccanico, passare la miscela attraverso una serie di ugelli con diametri diversi in un'altra siringa da 60 millilitri.
Ripetere il processo fino a ottenere filamenti di inchiostro idrogel estrusi senza intoppi. Centrifugare delicatamente la siringa riempita con l'inchiostro dell'idrogel a 4.000 volte g per rimuovere l'aria intrappolata. Nella scheda SD selezionare i file salvati per impalcature di porosità uniformi e sfumato e iniziare a stampare.
Se necessario, regolare di conseguenza la velocità e la portata. Per collegare l'impalcatura al termine della stampa 3D, aggiungere delicatamente gocce del 3% in peso alla soluzione di cloruro di calcio all'impalcatura fino a quando non diventa completamente bagnata. Aspetta cinque minuti.
Trasferire con molta attenzione l'impalcatura dal letto della stampante a un contenitore da 50 millilitri riempito con soluzione di cloruro di calcio del 3% in peso. Lascialo durante la notte. Lavare accuratamente con acqua distillata e trasferire l'impalcatura in un contenitore da 50 millilitri riempito con soluzione di glutaraldeide del 3% in peso.
Lascialo durante la notte. Lavare accuratamente e conservare l'impalcatura stampata in 3D in acqua distillata. Per i test di compressione, riempire il contenitore dotato di una piastra di base di compressione sommergibile con due litri di acqua e avviare l'impianto di riscaldamento per raggiungere i 37 gradi Celsius.
Inizializzare Bluehill Universal Software e impostare il metodo di test. Selezionate la geometria rettangolare del campione e scegliete l'opzione per immettere le quote prima di testare ogni campione. Impostare la velocità di deformazione su due millimetri al minuto e alla fine del risultato come deformazione di compressione dell'80% insieme alla forza di 90 newton.
Nella sezione Misura (Measurement), selezionate Forza (Force), Spostamento (Displacement), Sollecitazione compressione (Compressive Stress) e Deformazione compressiva (Compressive Strain). Scegliete l'opzione per esportare i dati come file di testo per il plottaggio futuro. Impostare il punto di estensione zero utilizzando i comandi jog per abbassare la piastra della traversa il più vicino possibile alla piastra di base.
Misurare e registrare le dimensioni dei campioni da testare. Quando la temperatura dell'acqua raggiunge i 37 gradi Celsius, posizionare il campione sulla piastra di base. Fissare il campione spostando la piastra della traversa in modo che inizi a toccare il campione.
Spostare il bagno d'acqua verso l'alto in modo che le piastre con il campione tra di loro siano immerse nell'acqua. Immettere il nome e le dimensioni del campione e iniziare il test. Al termine del test, spostare prima il bagno d'acqua verso il basso, quindi sollevare la piastra della traversa.
Rimuovere il campione e i suoi pezzi, se del caso, pulire entrambe le piastre e caricare un nuovo campione. Dopo aver testato tutti i campioni, esportare i dati grezzi. Tracciare le curve di sollecitazione compressiva rispetto alle curve di deformazione compressiva e determinare il modulo tangente compressivo a valori di deformazione da uno a 5% e dal 25 al 30%Inchiostro idrogel nanocomposito basato su CNC mostra un forte comportamento di assottigliamento a taglio non newtoniano con una caduta di cinque ordini di grandezza della viscosità apparente.
L'inchiostro idrogel mostra un comportamento solido viscoelastico, poiché il modulo di stoccaggio è un ordine di grandezza maggiore del modulo di perdita a bassa sollecitazione di taglio. A bassi tassi di deformazione dall'uno al 5%, il modulo compressivo è simile per tutti i tipi di impalcature porose rispetto all'impalcatura di riferimento senza porosità, dimostrando che la natura elastica dell'inchiostro idrogel è preservata anche in presenza dei macropori. Tuttavia, ad alti tassi di deformazione dal 25 al 30%, il modulo più alto si ottiene per l'impalcatura di riferimento senza porosità.
Non appena la dimensione dei pori aumenta, il modulo diminuisce a causa della diminuzione della densità, indicando la relazione prevista tra la porosità delle impalcature e le corrispondenti proprietà meccaniche. Inoltre, il modulo compressivo delle impalcature idrogel 3D aumenta con l'aumentare del tasso di compressione, esibendo e imitando la viscoelasticità dei tessuti cartilaginei naturali. Il flusso omogeneo e continuo dell'inchiostro durante la stampa 3D sono le cose più importanti.
Questo metodo sarà utilizzato dai ricercatori per espandersi in altre aree di applicazione utilizzando l'idrogel di nanocellulosa come piattaforma stampabile in 3D. Ad esempio, abbiamo già sviluppato ibridi a base di nanocellulosa per il rilascio controllato di farmaci seguendo la stessa procedura.
