3D печать целлюлозой: особенности и перспективы
Мысль о применении в качестве материалов для 3D печати органических полимеров давно посещает ученых из различных организаций. Уже не впервые мировые исследователи посягают на адаптацию к 3D печати одного из наиболее распространенных представителей этой группы – целлюлозы. Целлюлоза для 3D печати может применяться в совершенно различных целях, включая медицинскую сферу и создание еды на 3D принтере.
Как показывают труды исследователей из Швейцарской Федеральной лаборатории материаловедения и технологий (Empa), существует даже вариант ее использования в производстве автомобильных компонентов и прочих прочных деталей. Но сегодня мы не станем поднимать эту тему, и поговорим о применении целлюлозы для 3D печати биомедицинских устройств с удивительными механическими свойствами.
Разработка чернил на основе целлюлозы
Команда ученых из Empa разработала уникальные, экологически чистые чернила на для 3D печати на основе целлюлозы. Это изобретение откроет новые горизонты в медицине, а точнее, в производстве биосовместимых протезов и имплантатов. Особенность разработки заключается в применении нанокристаллов целлюлозы в качестве рабочего материала. Для общего понимания, целлюлоза представляет собой вещество, состоящее из остатков молекул глюкозы, которое является составляющей многих видов растений.
Примечательно, что целлюлоза не всегда принимает форму кристаллов. Для того, чтобы добиться такого эффекта ученым потребовалось обнаружить наиболее упорядоченные части структуры волокон вещества. После этого такие места следует подвергнуть кислотной очистке, результатом которой и станут крошечные кристаллы, длиной 120 нанометров и диаметром 6,5 нанометров. Подобные эксперименты проводились и ранее, и были попытки применения небольшого количества (около 2,5%) таких структур в 3D печати.
Особенности разработки
Исследователи же из Empa намеревались довести концентрацию нанокристаллов до невероятных 20%. Такая затея сопряжена с определенными сложностями. Во-первых, такое высокое количество целлюлозы сложно для применения в 3D принтерах. Во-вторых, нужную консистенцию вещества тяжело получить. После оценки всех преимуществ и недостатков, а также особенностей работы с материалом, ученые попытались создать полимерный микс на основе нанокристаллов целлюлозы.
И тут же столкнулись с новыми сложностями, поскольку большинство неорганических полимеров являются гидрофобными, в то время как целлюлоза притягивает воду. Такое положение дел предполагает полную несовместимость веществ, но продолжение экспериментов привело к совершенно неожиданному результату. При совмещении с фотополимером после засветки УФ-излучением целлюлоза для 3D печати обретает великолепную механическую жесткость.
Целлюлоза для 3D печати в медицине
Помимо прочего, исследователи обнаружили, что при 3D печати можно легко контролировать направление нанокристаллов. Таким образом, можно самостоятельно регулировать, в каком месте добавить жесткости. Такая возможность не просто открывает новые горизонты, но и способна полностью перевернуть всю сферу медицины. В частности, целлюлоза для 3D печати является чрезвычайно перспективным вариантом для изготовления биомедицинских устройств.
Так, разработанные чернила представляют собой полностью возобновляемый, биологически и экологически чистый материал. Он биосовместим и безопасен для создания готовых имплантатов. В текущий момент исследователи продолжают работать над проектом и модифицируют вещество. Не исключено, что в дальнейшем целлюлоза для 3D печати станет частью медицинской практики во всем мире.
