Nuovo inchiostro vettore generico per stampanti 3D
I ricercatori dell'ETH hanno prodotto un gel a base di fibre di cellulosa e nanoparticelle biodegradabili che si liquefa quando viene premuto attraverso l'ugello di una stampante 3D. Poi riprende rapidamente la sua forma. L'invenzione apre la strada a impianti personalizzati.
Così come negli ultimi anni la medicina si è orientata verso la medicina di precisione, ovvero verso un trattamento personalizzato in base al corredo genetico del singolo paziente, anche la scienza dei materiali si sta interessando sempre più ai biomateriali di precisione. Tali impianti personalizzati sono ancora un sogno del futuro. "Ma attualmente stiamo facendo grandi passi avanti verso questo obiettivo, imparando molto nel frattempo", afferma Mark Tibbitt, professore di ingegneria macromolecolare presso il Dipartimento di ingegneria meccanica e dei processi dell'ETH di Zurigo.
Il problema del dentifricio
Finora, il campo della ricerca sui biomateriali di precisione ha sofferto del fatto che per ogni applicazione si doveva sviluppare un nuovo inchiostro per la stampante 3D. "Se si voleva ricreare una parte di un occhio, non si poteva fare affidamento sul lavoro di chi progetta protesi auricolari, per esempio", spiega Tibbitt. Ma ora lui e il suo team hanno inventato un inchiostro universale per tutti gli usi che "semplifica notevolmente" lo sviluppo di nuove applicazioni, come scrivono i ricercatori nel loro documento tecnico.
Fondamentalmente, lavorare con la stampante 3D richiede la soluzione di un problema che può essere descritto casualmente come il problema del dentifricio: Il contenuto del tubetto di dentifricio non deve essere troppo viscoso, perché altrimenti non può essere spremuto attraverso la stretta apertura, ma nemmeno troppo liquido, perché in tal caso colerebbe via dallo spazzolino. Anche nella stampa 3D è importante che l'inchiostro di supporto possa liquefarsi per passare attraverso l'ugello di stampa. di fluire. E che poi si solidifichi in modo che la struttura stampata non si disintegri immediatamente.
Rete temporanea
L'inchiostro vettore multiuso che il team di Tibbitt ha ora sviluppato soddisfa questi requisiti. ? costituito da fibre di cellulosa disciolte in acqua, combinate con nanoparticelle di polimeri biodegradabili. Le fibre aderiscono alle particelle senza pressione esterna. Si forma così una rete transitoria che si dissolve a causa delle elevate forze di taglio nell'ugello pressurizzato, ma che si riformerà rapidamente dopo il passaggio attraverso la stretta apertura.
In ulteriori esperimenti, i ricercatori guidati da Tibbitt hanno aggiunto diversi polimeri (come acido ialuronico, gelatina, collagene o fibrinogeno) al loro nuovo inchiostro vettore. Questi cosiddetti polimeri secondari non hanno modificato il comportamento del flusso attraverso la testa dell'ugello di stampa, ma hanno permesso ai ricercatori di solidificare la rete effimera nella struttura stampata in una seconda fase successiva.
Consegna di farmaci innovativi
Il team di Tibbitt ha anche testato il comportamento delle cellule viventi nell'inchiostro vettore e ha scoperto che lo stesso numero di cellule sopravvive nell'inchiostro e al di fuori di esso. Dal fatto che le sostanze idrofobiche possono essere introdotte nelle nanoparticelle - e le sostanze idrofile possono essere aggiunte alla fase acquosa con le fibre di cellulosa - i ricercatori dimostrano che il loro inchiostro è adatto anche per lo sviluppo di nuovi sistemi di rilascio di farmaci. E può quindi essere descritto, senza esagerare, come un inchiostro vettore multiuso per la stampa 3D.
Letteratura di riferimento
Guzzi EA, Bovone G, Tibbitt MW: Piattaforma universale di inchiostro nanocarrier per la produzione additiva di biomateriali. Small, vol. 15: no. 51, pp. 1905421, 2019. pagina esternaDOI: 10.1002/smll.201905421