Name: four-dimensional printing of stimuli-responsive hydrogel-based soft robots
Uploaded: 2023-01-13T13:10:00
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Gli autori riconoscono con gratitudine il sostegno della sovvenzione della National Research Foundation of Korea (NRF) finanziata dal governo coreano (MSIT) (No.2022R1F1A1074266).

La pinza morbida sensibile agli stimoli era composta da tre diversi tipi di idrogel: idrogel a base di acrilammide (AAm) non sensibile agli stimoli, idrogel a base di N-isopropilacrilammide (NIPAM) termicamente sensibile e ferrogel magnetico sensibile (Figura 1). I tre inchiostri idrogel sono stati preparati modificando i metodi precedentemente pubblicati 29,30,31. I dati presentati in ques...

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	<li>Gracias, D. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stimuli+responsive+self-folding+using+thin+polymer+films.">Stimuli responsive self-folding using thin polymer films.</a> Current Opinion in Chemical Engineering. 2 (1), 112-119 (2013).</li><li>Zhang, Y. S., Khademhosseini, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Advances+in+engineering+hydrogels.">Advances in engineering hydrogels.</a> Science. 356 (6337), (2017).</li><li>Erol, O., Pantula, A., Liu, W., Gracias, D. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transformer+hydrogels:+A+review.">Transformer hydrogels: A review.</a> Advanced Materials Technologies. 4 (4), 1900043 (2019).</li><li>Liu, X., Liu, J., Lin, S., Zhao, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrogel+machines.">Hydrogel machines.</a> Materials Today. 36, 102-124 (2020).</li><li>Hu, Z., Zhang, X., Li, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthesis+and+application+of+modulated+polymer+gels.">Synthesis and application of modulated polymer gels.</a> Science. 269 (5223), 525-527 (1995).</li><li>Klein, Y., Efrati, E., Sharon, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Shaping+of+elastic+sheets+by+prescription+of+non-Euclidean+metrics.">Shaping of elastic sheets by prescription of non-Euclidean metrics.</a> Science. 315 (5815), 1116-1120 (2007).</li><li>Kim, J., Hanna, J. A., Byun, M., Santangelo, C. D., Hayward, R. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+responsive+buckled+surfaces+by+halftone+gel+lithography.">Design responsive buckled surfaces by halftone gel lithography.</a> Science. 335 (6073), 1201-1205 (2012).</li><li>Breger, J. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Self-folding+thermo-magnetically+responsive+soft+microgrippers.">Self-folding thermo-magnetically responsive soft microgrippers.</a> ACS Applied Materials &amp; Interfaces. 7 (5), 3398-3405 (2015).</li><li>Schild, H. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Poly+(N-isopropylacrylamide):+Experiment,+theory+and+application.">Poly (N-isopropylacrylamide): Experiment, theory and application.</a> Progress in Polymer Science. 17 (2), 163-249 (1992).</li><li>Ahn, S., Kasi, R. M., Kim, S. -. C., Sharma, N., Zhou, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stimuli-responsive+polymer+gels.">Stimuli-responsive polymer gels.</a> Soft Matter. 4, 1151-1157 (2008).</li><li>Stuart, M. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Emerging+applications+of+stimuli-responsive+polymer+materials.">Emerging applications of stimuli-responsive polymer materials.</a> Nature Materials. 9, 101-113 (2010).</li><li>Ionov, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biomimetic+hydrogel-based+actuating+systems.">Biomimetic hydrogel-based actuating systems.</a> Advanced Functional Materials. 23 (36), 4555-4570 (2013).</li><li>Ghosh, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stimuli-responsive+soft+untethered+grippers+for+drug+delivery+and+robotic+surgery.">Stimuli-responsive soft untethered grippers for drug delivery and robotic surgery.</a> Frontiers in Mechanical Engineering. 3, 7 (2017).</li><li>Kirillova, A., Ionov, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Shape-changing+polymers+for+biomedical+applications.">Shape-changing polymers for biomedical applications.</a> Journal of Materials Chemistry B. 7, 1597-1624 (2019).</li><li>Le, X., Lu, W., Zhang, J., Chen, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+progress+in+biomimetic+anisotropic+hydrogel+actuators.">Recent progress in biomimetic anisotropic hydrogel actuators.</a> Advanced Science. 6 (5), 1801584 (2019).</li><li>Xu, W., Gracias, D. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Soft+three-dimensional+robots+with+hard+two-dimensional+materials.">Soft three-dimensional robots with hard two-dimensional materials.</a> ACS Nano. 13 (5), 4883-4892 (2019).</li><li>Yoon, C. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Advances+in+biomimetic+stimuli+responsive+soft+grippers.">Advances in biomimetic stimuli responsive soft grippers.</a> Nano Convergence. 6, 20 (2019).</li><li>Lee, Y., Song, W. J., Sun, J. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrogel+soft+robotics.">Hydrogel soft robotics.</a> Materials Today Physics. 15, 100258 (2020).</li><li>Shen, Z., Chen, F., Zhu, X., Yong, K. T., Gu, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stimuli-responsive+functional+materials+for+soft+robotics.">Stimuli-responsive functional materials for soft robotics.</a> Journal of Materials Chemistry B. 8, 8972-8991 (2020).</li><li>Kim, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Shape+morphing+smart+3D+actuator+materials+for+micro+soft+robot.">Shape morphing smart 3D actuator materials for micro soft robot.</a> Materials Today. 41, 243-269 (2020).</li><li>Ding, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multifunctional+soft+machines+based+on+stimuli-responsive+hydrogels:+From+freestanding+hydrogels+to+smart+integrated+systems.">Multifunctional soft machines based on stimuli-responsive hydrogels: From freestanding hydrogels to smart integrated systems.</a> Materials Today Advances. 8, 100088 (2020).</li><li>Wang, X., Jiang, M., Zhou, Z., Gou, J., Hui, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3D+printing+of+polymer+matrix+composites:+A+review+and+prospective.">3D printing of polymer matrix composites: A review and prospective.</a> Composites Part B: Engineering. 110, 442-458 (2017).</li><li>Bartlett, N. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+3D-printed,+functionally+graded+soft+robot+powered+by+combustion.">A 3D-printed, functionally graded soft robot powered by combustion.</a> Science. 349 (6244), 161-165 (2015).</li><li>Wehner, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+integrated+design+and+fabrication+strategy+for+entirely+soft,+autonomous+robots.">An integrated design and fabrication strategy for entirely soft, autonomous robots.</a> Nature. 536, 451-455 (2016).</li><li>Tibbits, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=4D+printing:+Multi-material+shape+change.">4D printing: Multi-material shape change.</a> Architectural Design. 84 (1), 116-121 (2014).</li><li>Gladman, A. S., Matsumoto, E. A., Nuzzo, R. G., Mahadevan, L., Lewis, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biomimetic+4D+printing.">Biomimetic 4D printing.</a> Nature Materials. 15, 413-418 (2016).</li><li>Momeni, F., Hassani, S. M., Liu, X., Ni, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+review+of+4D+printing.">A review of 4D printing.</a> Materials &amp; Design. 125, 42-79 (2017).</li><li>Ionov, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=4D+biofabrication:+Materials,+methods,+and+applications.">4D biofabrication: Materials, methods, and applications.</a> Advanced Healthcare Materials. 7 (17), 1800412 (2018).</li><li>Liu, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dual-gel+4D+printing+of+bioinspired+tubes.">Dual-gel 4D printing of bioinspired tubes.</a> ACS Applied Materials &amp; Interfaces. 11 (8), 8492-8498 (2019).</li><li>Son, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Untethered+actuation+of+hybrid+hydrogel+gripper+via+ultrasound.">Untethered actuation of hybrid hydrogel gripper via ultrasound.</a> ACS Macro Letters. 9 (12), 1766-1772 (2020).</li><li>Ding, Z., Salim, A., Ziaie, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Squeeze-film+hydrogel+deposition+and+dry+micropatterning.">Squeeze-film hydrogel deposition and dry micropatterning.</a> Analytical Chemistry. 82 (8), 3377-3382 (2010).</li><li>Ongaro, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Autonomous+planning+and+control+of+soft+untethered+grippers+in+unstructured+environments.">Autonomous planning and control of soft untethered grippers in unstructured environments.</a> Journal of Micro-Bio Robotics. 12, 45-52 (2017).</li><li>Scheggi, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Magnetic+motion+control+and+planning+of+untethered+soft+grippers+using+ultrasound+image+feedback.">Magnetic motion control and planning of untethered soft grippers using ultrasound image feedback.</a> 2017 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA). IEEE. , 6156-6161 (2017).</li></ol>

In termini di selezione del materiale per la pinza ibrida morbida, è stato preparato per la prima volta un sistema di materiali multi-reattivo composto da un idrogel a base di AAm non sensibile agli stimoli, un idrogel a base di NIPAM termicamente reattivo e un ferrogel magnetico sensibile per consentire alla pinza ibrida morbida di mostrare locomozione programmabile e trasformazione della forma. A causa delle loro proprietà di rigonfiamento e rigonfiamento termicamente reattive, gli idrogel a base di NIPAM mostrano fl...

Lo sviluppo di robot morbidi sensibili agli stimoli è importante sia dal punto di vista tecnico che intellettuale. Il termine robot morbidi sensibili agli stimoli si riferisce generalmente a dispositivi / sistemi composti da idrogel, polimeri, elastomeri o ibridi che mostrano cambiamenti di forma in risposta a segnali esterni, come calore, pH e luce 1,2,3,4. Tra i molti robot morbidi sensibili agli stimoli, i robot morbidi a base di idrogel N-isopropilacrilammide (NIPAM) eseguono i compiti o le interazioni desiderati utilizzando la trasformazione spontanea della forma 5,6,7,8. Generalmente, gli idrogel a base di NIPAM presentano una bassa temperatura critica della soluzione (LCST) e gonfiore (idrofilia al di sotto della LCST) e degonfiamento (idrofobicità sopra l'LCST) cambiamenti di proprietà si verificano all'interno del sistema idrogel vicino a temperature fisiologiche tra 32 ° C e 36 ° C 9,10. Questo meccanismo reversibile di rigonfiamento-degonfiore vicino al punto di transizione critico acuto dell'LCST può generare la trasformazione della forma dei robot morbidi in idrogel a base di NIPAM2. Di conseguenza, i robot morbidi in idrogel a base di NIPAM termicamente reattivi hanno migliorato le operazioni, come camminare, afferrare, strisciare e rilevare, che sono importanti nei manipolatori multifunzionali, nei sistemi sanitari e nei sensori intelligenti 2,3,4,11,12,13,14,15,16,17, 18,19,20,21.
Nella fabbricazione di robot morbidi sensibili agli stimoli, gli approcci di stampa tridimensionale (3D) sono stati ampiamente impiegati utilizzando un processo additivo diretto strato per strato22. Una varietà di materiali, come plastica e idrogel morbidi, può essere stampata con la stampa 3D23,24. Recentemente, la stampa 4D è stata ampiamente evidenziata come una tecnica innovativa per la creazione di robot morbidi programmabili in forma25,26,27,28. Questa stampa 4D si basa sulla stampa 3D e la caratteristica principale della stampa 4D è che le strutture 3D possono cambiare le loro forme e proprietà nel tempo. La combinazione di stampa 4D e idrogel sensibili agli stimoli ha fornito un altro percorso innovativo per creare dispositivi 3D intelligenti che cambiano forma nel tempo quando esposti a trigger di stimolo esterni appropriati, come calore, pH, luce e campi magnetici ed elettrici25,26,27,28 . Lo sviluppo di questa tecnica di stampa 4D utilizzando diversi idrogel sensibili agli stimoli ha fornito un'opportunità per l'emergere di robot morbidi trasformabili in forma che mostrano multifunzionalità con velocità di risposta e sensibilità di feedback migliorate.
Questo studio descrive la creazione di una pinza morbida termicamente reattiva guidata dalla stampa 3D che visualizza la trasformazione della forma e la locomozione. In particolare, la procedura specifica descritta può essere utilizzata per fabbricare vari robot morbidi multifunzionali con dimensioni complessive che vanno dal millimetro al centimetro scale di lunghezza. Infine, si prevede che questo protocollo possa essere applicato in diversi campi, tra cui robot morbidi (ad esempio, attuatori intelligenti e robot di locomozione), elettronica flessibile (ad esempio, sensori optoelettrici e lab-on-a-chip) e sistemi sanitari (ad esempio, capsule di somministrazione di farmaci, strumenti per biopsia e dispositivi chirurgici).

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>2-Hydroxy-4&#39;-(2-hydroxyethoxy)-2-methylpropiophenone</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>410896-50G</td>
			<td>Irgacure 2959, photoinitiator</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3D WOX 2X</td>
			<td>sindoh</td>
			<td>n/a</td>
			<td>3D printer for fabricating a maze</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acrylamide</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>29-007</td>
			<td>&#8805;99%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Airbrush compressor</td>
			<td>WilTec</td>
			<td>AF18-2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ammonium persulfate</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>A4418</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Auto CAD</td>
			<td>Autodesk</td>
			<td>n/a</td>
			<td>software for computer-aided-design file</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BLX UV crosslinker</td>
			<td>BIO-LINK</td>
			<td>U01-133-565</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cartridge</td>
			<td>CELLINK</td>
			<td>CSC010300102</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Digital stirring Hot Plates</td>
			<td>Corning</td>
			<td>6798-420D</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fluorescein O-methacrylate</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>568864</td>
			<td>dye of AAm gel</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>INKREDIBLE+ bioprinter</td>
			<td>CELLINK</td>
			<td>n/a</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Iron(III) Oxide red</td>
			<td>DUKSAN general science</td>
			<td>I0231</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laponite RD</td>
			<td>BYK</td>
			<td>n/a</td>
			<td>nanoclay</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microcentrifuge tube</td>
			<td>SPL</td>
			<td>60615</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micro stirrer bar</td>
			<td>Cowie</td>
			<td>27-00360-08</td>
			<td>&#934;3&#215;<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/64870/64870img01.png" />0&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N, N, N&#39;, N&#39;-tetramethylethylenediamine</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>T7024-100ML</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N, N&#39;-methylenebisacrylamide</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>M7279</td>
			<td>&#8805;99.5%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N-isopropylacrylamide</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>415324-50G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Poly(N-isopropylacrylamide)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>535311</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rhodamine 6G</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>R4127</td>
			<td>dye of NIPAM gel</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Slic3r software (v1.2.9)</td>
			<td>Slic3r</td>
			<td>n/a</td>
			<td>open-source software to convert .stl file to gcode</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium hydroxide beads</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>S5881</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sterile high-precision conical bioprinting nozzles</td>
			<td>CELLINK</td>
			<td>NZ3270005001</td>
			<td>22 G, 25 G</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syringe</td>
			<td>Korea vaccine</td>
			<td>K07415389</td>
			<td>10 CC 21 G (1-1/4 INCH)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vortex mixer</td>
			<td>DAIHAN</td>
			<td>DH.WVM00030</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

four-dimensional printing of stimuli-responsive hydrogel-based soft robots

Il presente protocollo descrive la creazione di robot morbidi quadridimensionali (4D), dipendenti dal tempo, mutabili dalla forma, sensibili agli stimoli utilizzando un metodo di bio-stampa tridimensionale (3D). Recentemente, le tecniche di stampa 4D sono state ampiamente proposte come nuovi metodi innovativi per lo sviluppo di robot morbidi trasformabili dalla forma. In particolare, la trasformazione della forma dipendente dal tempo 4D è un fattore essenziale nella robotica morbida perché consente alle funzioni efficaci di verificarsi al momento e nel luogo giusto quando innescate da segnali esterni, come calore, pH e luce. In linea con questa prospettiva, i materiali sensibili agli stimoli, tra cui idrogel, polimeri e ibridi, possono essere stampati per realizzare sistemi robotici morbidi trasformabili in modo intelligente. L'attuale protocollo può essere utilizzato per fabbricare pinze morbide termicamente sensibili composte da idrogel a base di N-isopropilacrilammide (NIPAM), con dimensioni complessive che vanno da millimetri a centimetri di lunghezza. Si prevede che questo studio fornirà nuove direzioni per la realizzazione di sistemi robotici morbidi intelligenti per varie applicazioni in manipolatori intelligenti (ad esempio, pinze, attuatori e macchine pick-and-place), sistemi sanitari (ad esempio, capsule di farmaci, strumenti per biopsia e microchirurgia) ed elettronica (ad esempio, sensori indossabili e fluidica).

L'idrogel a base di NIPAM è stato considerato principalmente durante la progettazione della pinza morbida termicamente reattiva grazie al suo LCST affilato, che lo fa esibire significative proprietà di rigonfiamento e rigonfiamento 9,10. Inoltre, l'idrogel a base di AAm è stato considerato come un sistema non sensibile agli stimoli per massimizzare la trasformazione della forma della pinza ibrida morbida, riducendo al contempo la delaminazione dell'interfaccia...

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Four-Dimensional Printing of Stimuli-Responsive Hydrogel-Based Soft Robots

Questo manoscritto descrive una strategia di stampa 4D per la fabbricazione di robot morbidi intelligenti sensibili agli stimoli. Questo approccio può fornire le basi per facilitare la realizzazione di sistemi robotici morbidi trasformabili in forma intelligente, inclusi manipolatori intelligenti, elettronica e sistemi sanitari.

Stampa quadridimensionale di robot morbidi a base di idrogel sensibili agli stimoli

The present protocol describes the creation of four-dimensional (4D), time-dependent, shape-changeable, stimuli-responsive soft robots using a ...

Si prevede che il protocollo presentato fornirà nuove direzioni per la realizzazione di sistemi robotici intelligenti, trasformabili e morbidi per varie applicazioni. Il processo di stampa 4D dipendente dal tempo può creare diversi robot morbidi sensibili agli stimoli, con un'ampia gamma di dimensioni, da millimetri a centimetri. Questa tecnica di bioprinting 4D può essere estesa alla somministrazione mirata di farmaci, alla microchirurgia e alla biopsia meno invasiva nell'ingegneria sanitaria.Le informazioni di solo testo possono creare ambiguità per i lettori, quindi le dimostrazioni visive sono essenziali per aiutare a raggiungere i risultati desiderati. Per preparare gli inchiostri idrogel a base di acrilammide non sensibili agli stimoli, diluire l'acrilammide, il reticolante e l'iniziatore fotografico in acqua deionizzata utilizzando un agitatore magnetico per 24 ore. Per preparare gli inchiostri idrogel a base di N-isopropilacrilammide sensibili agli stimoli, diluire N-isopropilacrilammide, propile N-isopropilacrilammide e il fotoiniziatore, in acqua deionizzata, utilizzando un agitatore magnetico per 24 ore.Quindi aggiungere colorante al gel di acrilammide e al gel di N-isopropilacrilammide e vortice l'agente di taglio, Laponite RD, a 1150 rotazioni al minuto, o almeno sei ore, fino a quando non sono completamente diluiti. Quindi seguire le istruzioni fornite nel testo per preparare l'inchiostro idrogel. Per preparare gli inchiostri ferrogel, in primo luogo, preparare la soluzione A e la soluzione B secondo il protocollo descritto nel testo.Per eseguire la polimerizzazione, trasferire 200 microlitri della soluzione A e cinque microlitri della soluzione B in un tubo di microcentrifuga e vortice della miscela per 20 secondi. Utilizzando il software Slicer, generare un codice G per ogni struttura precedentemente creata ottimizzando il design della pinza. Assegnate un'altezza del livello di 0,4 millimetri.Una densità di riempimento del 75% e una velocità di stampa di 10 millimetri al secondo. Modificare il file del codice G utilizzando due testine di stampa. Salvare il file del codice G su una scheda digitale o SD sicura, prima di collegarlo alla stampante 3D.Dopo aver collegato le cartucce di idrogel a base di acrilammide e N-isopropilacrilammide ai rispettivi ugelli, verificare se le due testine di stampa delle cartucce si trovano nella stessa posizione sull'asse Z. Quindi calibrare con precisione le coordinate X e Y, per evitare disallineamenti tra i due ugelli. Ora, impostare la pressione di stampa a 20-25 kilopascal per l'idrogel a base di acrilammide e a 10-15 kilopascal per l'idrogel a base di N-isopropilacrilammide.Ripetere i passaggi dopo che ogni campione è stato completamente stampato, per stampare quello successivo. Prima della fotopolimerizzazione UV, iniettare gli inchiostri ferrogel sensibili al campo magnetico nell'area del foro sottile mirata della pinza morbida stampata in 3D utilizzando una siringa. Dopo l'iniezione del ferrogel, posizionare la struttura della pinza all'interno di una camera della sorgente UV, avente una lunghezza d'onda di 365 nanometri, per sei minuti.Dopo la fotopolimerizzazione UV, trasferire la struttura della pinza a bagnomaria deionizzata, per almeno 24 ore, fino a raggiungere uno stato di equilibrio completamente gonfio. La pinza ibrida morbida ha eseguito un compito di pick and place tramite azionamento termoreattivo e locomozione magnetica. Quando la temperatura aumentava al di sopra della temperatura critica inferiore della soluzione, o LCST, l'idrogel a base di N-isopropilacrilammide si gonfiava e si riduceva, chiudendo la punta della pinza.Al contrario, la punta della pinza si apriva quando la temperatura diminuiva al di sotto dell'LCST, a causa del gonfiore dell'idrogel a base di N-isopropilacrilammide. La pinza ha anche dimostrato un'attività di pick and place all'interno di un labirinto di campioni stampato in 3D pieno di acqua deionizzata. La pinza, nella sua punta aperta, era guidata da un magnete esterno dalla sua posizione di partenza alle uova di salmone bersaglio.Quando la temperatura ha raggiunto i 40 gradi Celsius, la punta della pinza si è chiusa per afferrare le uova di salmone. La pinza è stata guidata fuori dal labirinto mentre teneva le uova di salmone e ha rilasciato con successo le uova di salmone intatte nell'area bersaglio in uno stato aperto di punta, a temperatura ambiente di 25 gradi Celsius. È necessario prestare attenzione sperimentale durante la calibrazione dei punti di coordinate tra i due ugelli.Questo processo richiede molta pratica. Questo protocollo specifico fornisce le basi per ulteriori progressi significativi nella realizzazione di robot morbidi intelligenti, altamente sensibili e multifunzionali controllabili con precisione, altamente sensibili e multifunzionali.

Research

JoVE Journal

Engineering

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