«Мы знали, что можно печатать гидрогели в 3D-формате, которые сжимаются при нагревании», – сказал Джо Трейси, соавтор статьи об этой работе и профессор материаловедения и инженерии в Университете штата Северная Каролина. «И мы знали, что можно внедрить золотые наностержни в гидрогели, которые сделают их фоточувствительными, а это означает, что они будут обратимо сжиматься под воздействием света».
«Мы хотели найти способ интегрировать золотые наностержни в гидрогели, которые позволили бы нам печатать фоточувствительные структуры в формате 3D».
Гидрогели – это полимерные сетки, содержащие воду. В качестве примеров можно привести все, что угодно, от контактных линз до абсорбирующего материала, используемого в подгузниках. И, с технической точки зрения, исследователи не печатали гидрогель на 3D-принтере. Вместо этого они напечатали раствор, содержащий золотые наностержни и все ингредиенты, необходимые для создания гидрогеля.
«И когда этот печатный раствор подвергается воздействию света, полимеры в растворе образуют сшитую молекулярную структуру», – сказал Джулиан Тиле, соавтор статьи и заведующий кафедрой органической химии Университета Отто фон Герике в Магдебурге. – «Это превращает раствор в гидрогель, а захваченные золотые наностержни распределяются по всему материалу».
Поскольку предварительно приготовленный гидрогелевый раствор, выходящий из 3D-принтера, имеет очень низкую вязкость, вы не сможете напечатать его на обычной подложке —у вас получится лужица вместо 3D-структуры. Чтобы решить эту проблему, исследователи напечатали раствор в виде полупрозрачной кашицы из микрочастиц желатина в воде. Сопло принтера способно проникать в желатиновую кашицу и придавать раствору желаемую форму. Поскольку желатин полупрозрачен, свет может проникать сквозь матрицу, превращая раствор в твердый гидрогель. После этого структура помещается в теплую воду, желатин растворяется, и остается трехмерная гидрогелевая структура.
Когда эти гидрогелевые структуры подвергаются воздействию света, встроенные золотые наностержни преобразуют этот свет в тепло. Это приводит к тому, что полимеры в гидрогеле сжимаются, вытесняя воду из гидрогеля и уменьшая размеры. Однако, когда свет исчезает, полимеры остывают и снова начинают поглощать воду, что приводит к увеличению структуры гидрогеля до ее первоначальных размеров.
«Была проделана большая работа над гидрогелями, которые сжимаются под воздействием тепла», – сказала Мелани Гелардини, первый автор статьи и бывшая аспирантка университета Северной Каролины. «Теперь мы продемонстрировали, что вы можете делать то же самое, когда гидрогель подвергается воздействию света, а также получать возможность 3D-печати из этого материала. Это означает, что приложения, которые ранее требовали прямого воздействия тепла, теперь могут быть запущены удаленно с помощью подсветки».
«Вместо использования обычного литья по формам, 3D-печать гидрогелевых структур обеспечивает практически неограниченную свободу в дизайне», – сказал Тиле. «И это позволяет предварительно запрограммировать четкое движение при сжатии и расширении нашего светочувствительного материала».
Результаты исследования были опубликованы в журнале Polymers.
Если вам понравился материал, кликните значок - вы поможете нам узнать, каким статьям и новостям следует отдавать предпочтение. Если вы хотите обсудить материал - не стесняйтесь оставлять свои комментарии : возможно, они будут полезны другим нашим читателям!
