Подсолнечную пыльцу превратили в чернила для 3D-печати

С пыльцы удалось создать два вида чернил: жидкие альгинатные и пластические силиконовые. Технология изготовления таких биочернил экологически чистая и требует всего шести часов растворения пыльцы в щелочной среде гидроксида калия, где она смягчается. О создании таких растительных чернил ученые сообщили в Advanced Functional Materials. Среди методов 3D-печати наибольший потенциал в частности для медицины имеет создание конструкций прямым нанесением чернил (Direct Ink Writing или DIW). Так создаются самые разнообразные формы, а сама технология позволяет печатать живыми клетками, ведь возможно использовать гидрогель как материал. Он биосовместимый, вязкий, хорошо держит структуру и может имитировать большинство биологических мягких тканей. Напечатанные на 3D-принтере гидрогелевые каркасы обеспечивают благоприятные условия для прикрепления и развития клеток, поскольку такие настраиваемые трехмерные сети предоставляют достаточно места для образования клеточных кластеров, облегчая циркуляцию основных метаболитов и питательных веществ для них. Поэтому обычно, если речь идет о биосенсорах и медицинских нанотехнологии, например, для мониторинга работы мозга, то речь идет о печатных на 3D-принтере гидрогелиевых структур.

Однако, гидрогель все же требует для печати армирующие элементы как-то частици, анизотропных наполнителей и волокон. Они позволяют облегчить процесс изготовления конструкций и помогают им лучше переносить условия окружающей среды. Но найти удачный материал сложно, ведь он имеет не ухудшать качеств гидрогеля (а желательно улучшать), быть химически и структурно стабильным, а размер позволять печатать небольшие элементы с высокой точностью. В этой работе ученые решили найти еще и экологичный материал для армирования гидрогеля и разработали суспензию из пыльцы подсолнечника. По их словам, учитывая простоту изготовления такого микрогеля (всего один производственный этап), а также восстанавливаемость сырья, этот подход сможет заменить большинство используемых в настоящее время материалов.

По сути пыльца растений — это монодисперсные капсулы, которые различаются по структуре в зависимости от вида растений-опылителей. По словам ученых, они являются идеальными благодаря своей структурной однородности и конечно совместимости, что также облегчает производственный процесс. Например, они хорошо реагируют на этилендиаминтетрауксусную кислоту (ЭДТА), а следовательно могут играть роль интеллектуальных носителей лекарств для композитных гидрогелевых каркасов. В своей работе ученые 6:00 размягчали их в гидроксиде калия и смешивали полученное вещество с гидрогелем. Средний диаметр частиц пыльцы составлял около 30 микрометров, позволяющие значительно улучшить разрешение печати. Благодаря меньшему набуханию в воде, до половины объема, по сравнению с гидрогелем без примесей, каркас из пыльцы также демонстрирует лучшую структурную стабильность и позволяет работать с 3D-принтером при скорости подачи 1,5 миллиметра в секунду.

Изменяя содержание пыльцы в смеси исследователи получили два типа чернил: жидкие альгинатные и более вязкие силиконовые, из которых печатали сложные трехмерные структуры. Чтобы продемонстрировать возможность создания сложных многокомпонентных матриц, они напечатали чернилами китайское слово, в переводе означающее пыльца, и содержащие всего семнадцать штрихов сложной формы, которые удалось создать с диаметром в 500 микрометров всего за один проход сопла принтера. Также они создали несколько твердых структур, а в частности трехмерную локтевую повязку, которая оказалась достаточно прочной и смогла адаптироваться к кривизне локтя человека. В общем все образцы показали хорошую устойчивость к условиям окружающей среды и сохраняли характеристики до температуры в 200 градусов Цельсия, а в будущем исследователи планируют найти подход, с которым суспензия пыльцы поможет менять напечатанные структуры для повторного использования.

Перевод материала nauka.ua