I ricercatori dell'ETH vogliono rendere commerciabile la stampa del sale
Le scienziate dei materiali Nicole Kleger e Simona Fehlmann hanno sviluppato un processo di stampa 3D con il quale producono stampi di sale che possono essere riempiti con altri materiali. In questo modo si ottengono, ad esempio, componenti in metallo leggero altamente porosi. In qualità di borsisti Pioneer, stanno ora cercando di trasferire questo processo all'industria.
Non molto tempo fa, i ricercatori di materiali hanno messo a segno un colpo: utilizzando una stampante 3D, hanno creato un'impalcatura di sale, che hanno poi riempito di magnesio liquido. Una volta che il metallo leggero si è raffreddato e indurito, i ricercatori hanno lavato via l'impalcatura di sale e il risultato è stato un oggetto fatto di magnesio altamente poroso che potrebbe essere utilizzato, ad esempio, come impianto osseo biodegradabile.
Una tecnologia originale sviluppata con successo
Ora la prima autrice dello studio, Nicole Kleger, e la sua ex studentessa di master Simona Fehlmann, stanno pubblicando un altro articolo sulla rivista pagina esternaMateriali avanzati prima: Insieme a un team interdisciplinare, hanno perfezionato e modificato il processo in modo da poter produrre strutture saline più complesse con pori ancora più fini.
Invece di una stampante basata sull'estrusione, che Chi siamo utilizza un ugello fine per stampare sottili salsicciotti di pasta di sale in uno schema a griglia, i ricercatori guidati da Kleger e Fehlmann hanno utilizzato un dispositivo di stereolitografia e un inchiostro a base di particelle di sale. Per rendere questo inchiostro sensibile alla luce, gli scienziati dei materiali vi hanno aggiunto monomeri appropriati. Questi si combinano per formare polimeri non appena la luce li colpisce, rendendoli duri. In questo modo è possibile creare strutture complesse strato per strato. L'impalcatura di sale così creata serve poi come negativo di stampo da riempire con un altro materiale.
Questa volta, gli scienziati dei materiali hanno riempito le strutture prefabbricate non solo di magnesio, ma anche di alluminio, materiale composito di carbonio e plastica. Con il nuovo processo, i ricercatori possono non solo produrre oggetti molto più complessi, ma anche ridurre le dimensioni dei pori da 0,5 millimetri a 0,1 millimetri.
Dalle fondamenta alla pratica
Tuttavia, il progetto non rimarrà un'attività puramente accademica. All'inizio di luglio, Kleger e Fehlmann hanno lanciato un progetto di Borsa di studio Pioneer hanno iniziato. Hanno un anno di tempo per dimostrare se la tecnologia può essere commercializzata.
"Vogliamo scoprire se il processo è in grado di resistere alla prova pratica", afferma Kleger. Il suo partner commerciale vuole anche assicurarsi che i risultati di laboratorio non prendano polvere in un cassetto. "Per me è importante avere sempre in mente un'applicazione, in modo da rimanere motivata", dice.
Nella mascella e nello spazio
I due ricercatori hanno già diverse idee concrete per la commercializzazione: un'applicazione potrebbe essere quella degli impianti mascellari. "Se si perde un dente, l'osso mascellare sottostante si deteriora molto rapidamente", spiega Kleger. Per poter inserire un impianto dentale, l'osso deve prima essere ricostruito. A tal fine, attualmente i chirurghi utilizzano materiale osseo prelevato dall'anca, il che richiede un secondo intervento. Un'alternativa potrebbe essere costituita da impianti ossei personalizzati fatti di leghe di magnesio, in cui possono migrare le cellule che formano l'osso e che si degradano nuovamente nel tempo. Kleger e Fehlmann potrebbero utilizzare il loro metodo per produrre impianti di questo tipo.
L'idea di produrre supporti tridimensionali per le colture cellulari va in una direzione simile. Le cellule si comportano in modo diverso nello spazio rispetto a un piano come una piastra di Petri standard da laboratorio. A questo proposito, i ricercatori hanno contattato scienziati che lavorano con tali colture cellulari in laboratorio. Rimane aperta la questione se preferiscano produrre da soli questi supporti e utilizzare il metodo di Kleger e Fehlmann o se vogliano acquistare i supporti finiti.
I due giovani imprenditori vedono un'altra possibile applicazione nei viaggi spaziali. "Nelle missioni spaziali il peso è denaro", sottolinea Kleger. Ogni grammo conta, ed è per questo che i componenti metallici leggeri prodotti con il loro processo sono adatti all'uso su astronavi o razzi.
Prodotti personalizzati invece di prodotti di massa
Tuttavia, una cosa è già chiara ai due borsisti pionieri: i loro prodotti non saranno articoli economici prodotti in serie, ma prodotti personalizzati relativamente costosi. Questo perché il processo di fabbricazione è piuttosto lento e non consente di produrre grandi quantità in un breve lasso di tempo. "Non ci posizioneremo sul mercato di massa", afferma Fehlmann.
Non hanno ancora definito il loro modello di business. "Stiamo analizzando il mercato per scoprire chi sono i nostri potenziali clienti e di cosa hanno realmente bisogno", spiega Kleger. Hanno già avuto numerosi colloqui con dentisti e biologi cellulari, oltre che con aziende che producono dispositivi di stampa.
Curva di apprendimento ripida nel mondo degli affari
"Alcune delle cose che stiamo facendo ora sono molto diverse da quelle che ho fatto durante la mia tesi di dottorato. La curva di apprendimento è di conseguenza molto ripida", sorride Kleger.
"Riceviamo molti nuovi input, dobbiamo affrontare le cose in modo diverso rispetto alla ricerca. Questo è arricchente e stimolante", aggiunge Fehlmann.
Le due donne ricevono anche un sostegno all'avviamento da parte del professor André Studart dell'ETH, nel cui Gruppo Materiali Complessi hanno svolto la loro ricerca. Tra le altre cose, il professore metterà a loro disposizione uno spazio di laboratorio e attrezzature per la stampa nel corso del prossimo anno. "Siamo felici di poter continuare a lavorare qui per un po'", afferma Kleger.
Possono anche beneficiare dell'esperienza di altri fondatori di start-up del gruppo Studart. "Manteniamo un dialogo vivace con tutte e quattro le aziende che sono emerse finora dal gruppo", spiega l'autrice.
Hanno anche trovato un nome per la loro start-up: "Sallea", abbreviazione di salt leaching. Il processo che vogliono portare alla maturità del mercato ha dato il nome alla giovane azienda. Prima o poi si candideranno per ottenere l'etichetta di spin-off dell'ETH. Ma per ora c'è ancora molto lavoro di sviluppo da fare, e poi i due borsisti pionieri vedranno se il loro lavoro di ricerca di successo si trasformerà anche in un'azienda redditizia.
Programma di borse di studio per pionieri
La Pioneer Fellowship è un programma di sostegno completo che offre ai pensatori innovativi le condizioni ideali per lanciare le loro attività imprenditoriali. Il programma è rivolto a studenti di dottorato, ma è aperto anche a studenti di master e postdoc. I borsisti pionieri ricevono una borsa di studio di 150.000 franchi svizzeri nell'arco di 12-18 mesi, oltre a un tutoraggio e una formazione completi. I borsisti sono ospitati presso l'ieLab per tutta la durata del programma. Le borse di studio Pioneer sono finanziate congiuntamente dall'ETH Foundation e dall'ETH di Zurigo.
Ulteriori informazioni:
Borse di studio per pionieri dell'ETH
pagina esternaProgramma di borse di studio per pionieri della Fondazione l'ETH