Este é o primeiro relatório sobre andaimes de hidrogel de nanocelulose impressos em 3D onde temos uma estrutura de poros gradiente e propriedades mecânicas para imitar estruturas naturais como cartilagem. As duas principais vantagens do uso de técnicas de impressão 3D são a personalização e a liberdade de design. Isso abre uma oportunidade ilimitada de fabricar novos e inexplorados projetos geométricos.
Este protocolo é fácil de usar, e os recém-chegados podem facilmente reproduzir os resultados. A escolha do software de corte e o movimento do bocal têm impacto significativo no produto final. Para começar, prepare 40 mililitros de tinta de hidrogel misturando 11% por peso CNC, 6% por alginato de sódio de peso e 12% por gelatina de peso em um recipiente.
Aqueça a mistura a 40 graus Celsius e misture com uma espátula até obter uma pasta lisa. Transfira a mistura para uma seringa de 60 mililitros. Em seguida, com a ajuda de um grampo mecânico, passe a mistura através de uma série de bicos com diâmetros diferentes em outra seringa de 60 mililitros.
Repita o processo até que sejam obtidos filamentos suavemente extrudados de tinta hidrogel. Centrifufique suavemente a seringa cheia com a tinta de hidrogel a 4.000 vezes g para remover o ar preso. No cartão SD, selecione os arquivos salvos para andaimes de porosidade uniforme e gradiente e comece a imprimir.
Se necessário, ajuste a velocidade e a vazão em conformidade. Para cruzar o andaime após a impressão 3D estiver completa, adicione suavemente gotas de 3% por solução de cloreto de cálcio de peso ao andaime até que ele fique completamente molhado. Espere por cinco minutos.
Transfira cuidadosamente o andaime da cama da impressora para um recipiente de 50 mililitros cheio de 3% de solução de cloreto de cálcio. Deixe-o durante a noite. Lave bem com água destilada e transfira o andaime para um recipiente de 50 mililitros cheio de 3% de glutaraldeído de peso.
Deixe-o durante a noite. Lave bem e armazene o andaime impresso em 3D em água destilada. Para o teste de compressão, encha o recipiente equipado com uma placa base de compressão submersível com dois litros de água e inicie o sistema de aquecimento para atingir 37 graus Celsius.
Inicialize o Bluehill Universal Software e configure o método de teste. Selecione geometria de espécime retangular e escolha a opção de inserir dimensões antes de testar cada amostra. Defina a taxa de tensão para dois milímetros por minuto e final do resultado como 80% de tensão compressiva juntamente com a força de 90 newton.
Na seção Medição, selecione Força, Deslocamento, Estresse Compressivo e Tensão Compressiva. Escolha a opção de exportar dados como arquivos de texto para plotagem futura. Defina o ponto de extensão zero usando os controles de corrida para baixar a placa de cabeça cruzada o mais perto possível da placa base.
Meça e regise as dimensões das amostras a serem testadas. Quando a temperatura da água atingir 37 graus Celsius, coloque a amostra na placa base. Fixar a amostra movendo a placa de cabeça cruzada para que ela comece a tocar a amostra.
Mova o banho de água para cima para que as placas com a amostra entre elas estejam imersas em água. Digite o nome e as dimensões da amostra e inicie o teste. Depois que o teste estiver completo, primeiro mova o banho de água para baixo e, em seguida, levante a placa de cabeça cruzada.
Remova a amostra e suas peças, se houver, limpe as duas placas e carregue uma nova amostra. Depois que todas as amostras forem testadas, exporte os dados brutos. Plotar o estresse compressivo versus as curvas de tensão compressiva, e determinar o módulo tangente compressivo a valores de tensão de um a 5% e tinta de hidrogel nanocomposita baseada em CNCs de 30% mostra um forte comportamento de corte não newtoniano com uma queda de cinco ordens de magnitude da viscosidade aparente.
A tinta de hidrogel exibe um comportamento sólido viscoelástico, já que o módulo de armazenamento é uma ordem de magnitude maior do que o módulo de perda em baixo estresse de cisalhamento. Em baixas taxas de tensão de um a 5%, o módulo compressivo é semelhante para todos os tipos de andaimes porosos em comparação com o andaime de referência sem porosidade, mostrando que a natureza elástica da tinta hidrogel é preservada mesmo na presença dos macroporos. No entanto, em altas taxas de tensão de 25 a 30% o módulo mais alto é obtido para o andaime de referência sem porosidade.
Assim que o tamanho dos poros aumenta, o módulo diminui devido à diminuição da densidade, indicando a relação esperada entre a porosidade dos andaimes e as propriedades mecânicas correspondentes. Além disso, o módulo compressivo dos andaimes de hidrogel 3D aumenta à medida que a taxa de compressão aumenta, exibindo e imitando a viscoelasticidade dos tecidos naturais da cartilagem. O fluxo homogêneo e o fluxo contínuo da tinta durante a impressão 3D são as coisas mais importantes.
Este método será usado pelos pesquisadores para expandir para outras áreas de aplicação usando hidrogel de nanocelulose como uma plataforma gráfica 3D. Por exemplo, já desenvolvemos híbridos à base de nanocelulose para liberação controlada de drogas após o mesmo procedimento.
