Rutgers ingenjörer har uppfunnit en "4D -utskrift" -metod för en smart gel som kan leda till utvecklingen av "levande" strukturer i mänskliga organ och vävnader, mjuka robotar och riktad läkemedelsleverans.

4D-utskriftsmetoden här innebär att ett 3D-objekt skrivs ut med en hydrogel (vatteninnehållande gel) som ändrar form över tiden när temperaturen ändras, sa Howon Lee, seniorförfattare till en ny studie och biträdande professor vid Institutionen för mekanisk och rymdteknik vid Rutgers University-New Brunswick.

Studien, publicerad online idag Vetenskapliga rapporter , visar snabbt, skalbar, högupplöst 3D-utskrift av hydrogeler, som förblir fasta och behåller sin form trots att de innehåller vatten. Hydrogeler finns överallt i våra liv, inklusive i Jell-O, kontaktlinser, blöjor och människokroppen.

Den smarta gelen kan ge strukturell styvhet i organ som lungorna, och kan innehålla små molekyler som vatten eller droger som ska transporteras i kroppen och släppas ut. Det kan också skapa ett nytt område inom mjuk robotik, och möjliggöra nya applikationer i flexibla sensorer och ställdon, biomedicinska anordningar och plattformar eller ställningar för celler att växa, Sa Lee.

"Den fulla potentialen hos denna smarta hydrogel har inte släppts ut förrän nu, "sa Lee, som arbetar på tekniska högskolan. "Vi lade till ytterligare en dimension, och det är första gången någon gör det i den här skalan. De är flexibla, formformande material. Jag gillar att kalla dem smarta material. "

Ingenjörer vid Rutgers-New Brunswick och New Jersey Institute of Technology arbetade med en hydrogel som har använts i decennier i enheter som genererar rörelse och biomedicinska applikationer som ställningar för celler att växa på. Men hydrogeltillverkningen har starkt förlitat sig på konventionella, tvådimensionella metoder som formning och litografi.

I deras studie, ingenjörerna använde en litografibaserad teknik som är snabb, billigt och kan skriva ut ett brett utbud av material till en 3D -form. Det handlar om att skriva ut lager av ett speciellt harts för att bygga ett 3D -objekt. Hartset består av hydrogel, en kemikalie som fungerar som bindemedel, en annan kemikalie som underlättar bindning när ljus träffar det och ett färgämne som styr ljusgenomträngning.

Ingenjörerna lärde sig exakt kontroll av hydrogeltillväxt och krympning. Vid temperaturer under 32 grader Celsius (cirka 90 grader Fahrenheit), hydrogel absorberar mer vatten och sväller i storlek. När temperaturen överstiger 32 grader Celsius, hydrogel börjar driva ut vatten och krymper. Objekten de kan skapa med hydrogelområdet sträcker sig från bredden på ett människohår till flera millimeter långt. Ingenjörerna fann också att de kan växa ett område av ett 3D -tryckt objekt - skapa och programmera rörelse - genom att ändra temperaturer.

"Om du har full kontroll över formen, då kan du programmera dess funktion, "Sade Lee." Jag tror att det är kraften i 3D-utskrift av formförskjutande material. Du kan tillämpa denna princip nästan överallt. "