3D-utskrivbara geler med förbättrade och mycket kontrollerade egenskaper kan skapas genom att slå samman nätverk i mikro- och nanostorlek av samma material som utnyttjas från tång, enligt ny forskning från North Carolina State University. Fynden kan ha tillämpningar i biomedicinska material - tänk på biologiska byggnadsställningar för växande celler - och mjuk robotik.

Beskrivs i journalen Naturkommunikation , resultaten visar att dessa vattenbaserade geler – kallade homokomposithydrogeler – är både starka och flexibla. De är sammansatta av alginater – kemiska föreningar som finns i tång och alger som vanligtvis används som förtjockningsmedel och i sårförband.

Att slå samman nätverk i olika skala av samma alginat eliminerar bräckligheten som ibland kan uppstå när olika material slås samman i en hydrogel, säger Orlin Velev, S. Frank och Doris Culberson Distinguished Professor of Chemical and Biomolecular Engineering vid NC State och motsvarande författare till artikeln.

"Vattenbaserade material kan vara mjuka och sköra, " sa han. "Men dessa homokompositmaterial - mjuka fibrillära alginatpartiklar inuti ett medium av alginat - är egentligen två hydrogeler i en:en är en partikelhydrogel och en är en molekylär hydrogel. Sammanslagna producerar de ett geléliknande material som är bättre än summan av dess delar, och vars egenskaper kan justeras exakt för att forma genom en 3D-skrivare för on-demand-tillverkning."

"Vi förstärker ett hydrogelmaterial med samma material, vilket är anmärkningsvärt eftersom det bara använder ett material för att förbättra de övergripande mekaniska egenskaperna, sa Lilian Hsiao, en biträdande professor i kemi- och molekylärteknik vid NC State och en medförfattare till uppsatsen. "Alginater används i sårförband, så detta material skulle potentiellt kunna användas som ett förstärkt 3D-utskrivet bandage eller som ett plåster för sårläkning eller läkemedelstillförsel."

"Dessa typer av material har potential att vara mest användbara i medicinska produkter, i livsmedel som förtjockningsmedel, eller inom mjuk robotik, sa Austin Williams, en av tidningens första medförfattare och en doktorand i Velevs labb.

Framtida arbete kommer att försöka finjustera denna metod för sammanslagning av homokompositmaterial för att främja 3D-utskrift för biomedicinska applikationer eller biomedicinska injektionsmaterial, sa Velev.

"Denna teknik kan användas med andra typer av geler, som de som används i beläggningar eller i konsumentprodukter, " sa Hsiao.