La impresión tridimensional (3D) tiene un papel importante en la producción de membranas para la purificación y bioseparación del agua, con capacidad para crear estructuras nuevas e inteligentemente diseñadas.
Entre los métodos de impresión 3D disponibles, la estrategia de escritura directa con tinta ofrece un proceso para imprimir una amplia variedad de materiales con alta resolución. En un nuevo informe publicado ahora en Scientific Reports , Farnaz Rezaei y un equipo de investigadores de la Universidad de Uppsala en Suecia, utilizaron acetato de celulosa como material de tinta biocompatible.
Los investigadores observaron la imprimibilidad y la posibilidad de imprimir características tan pequeñas como unos pocos micrómetros para examinar el desarrollo de acetato de celulosa con diferentes pesos moleculares. Los diámetros interno y externo de la boquilla afectaron la resolución detallada de la estructura impresa. Los investigadores utilizaron diferentes tintas para obtener diferentes anchos de hebras impresas y completaron con éxito la escritura directa con estructuras de celulosa de alta resolución.
Fabricación aditiva
Los métodos de impresión 3D o fabricación aditiva facilitan el desarrollo de estructuras 3D complejas mediante la deposición de materiales capa por capa sobre un sustrato seleccionado mediante el uso de métodos de diseño asistido por computadora. El método ha demostrado su capacidad para producir estructuras con geometrías intrincadas bien reguladas, ofrecer varias ventajas más allá de la biofabricación convencional y formar geometrías complejas.
El ingenio rentable es una ventaja adicional del método. Estos métodos son aplicables en una variedad de campos, incluidos la administración de fármacos, los microfluidos y los sistemas de separación, adecuados para el tratamiento de aguas residuales, dispositivos biomédicos y cromatografía de membrana.
Sin embargo, la demanda de detalles de alta resolución ha limitado el uso de la fabricación aditiva. La escritura directa proporciona un método basado en dispersión para depositar el material de tinta deseado a través de una boquilla sobre un sustrato y proporciona una gran cantidad de materiales imprimibles que incluyen polímeros, hidrogeles, cerámicas y metales.
Escritura con tinta directa con acetato de celulosa
La celulosa ha atraído una gran atención como materia prima legítima para aplicaciones de impresión 3D debido a su excelente rendimiento. Los científicos eligieron la celulosa en este trabajo debido a su naturaleza renovable, degradable y abundante. La celulosa también es un polímero bioactivo, con aplicaciones más amplias.
Rezaei y sus colegas estudiaron las estructuras de las membranas, incluidas las propiedades humectantes, la composición de la tinta y el diámetro de la boquilla, que afectaron el proceso de impresión durante este estudio. Exploraron la influencia de las dimensiones de la boquilla, que incluían las dimensiones interior y exterior, para estudiar la posibilidad de imprimir estructuras con una resolución de detalle a nivel de micras.
Utilizaron capilares de vidrio de borosilicato para preparar las boquillas, formularon la tinta para llenar la jeringa y configuraron la impresión para crear patrones, incluidas estructuras de prueba, seguido de la caracterización del ángulo de contacto de las tintas y su examen con microscopía electrónica de barrido.
Para explorar el efecto de la impresión con capilares de diversos diámetros, el equipo imprimió tinta de acetato de celulosa al 10 % sobre un sustrato de vidrio sin recubrimiento para investigar el fenómeno.
Al estudiar las diversas proporciones de tinta, lograron una imprimibilidad y resolución variadas y luego examinaron los mecanismos de regulación del tamaño de las estructuras impresas. Por ejemplo, la escritura directa con tinta incluía la humectación entre la tinta y las superficies, lo que influyó en el proceso de impresión.
Para estudiar la influencia de los factores que regulan el tamaño de las hebras impresas, los científicos examinaron la humectabilidad de las tintas incluyendo diversas cantidades de acetato de celulosa en sustratos de vidrio recubiertos y no recubiertos.
Durante la escritura directa con tinta, la humectación entre la tinta y las superficies de los materiales influyó en el proceso de impresión. Rezaei y su equipo estudiaron las estructuras de la tinta para diseñar arquitecturas y observaron la capacidad de diversos patrones de impresión para crear una pared o un puente.
Perspectivas
De esta forma, Farnaz Rezaei y sus colegas demostraron la posibilidad de construir estructuras de acetato de celulosa de hasta 300 capas con un método de escritura directa con tinta. Los científicos obtuvieron una alta resolución de detalles regulando las dimensiones de la boquilla y los parámetros de impresión, así como el peso molecular y las concentraciones del acetato de celulosa en la tinta.
El equipo observó las propiedades humectantes de la tinta sobre el sustrato y la boquilla en combinación con la composición de la tinta para influir en el ancho de la hebra. Cuando imprimieron estructuras tipo membrana y hebras colgantes obtuvieron anchos similares o menores que el diámetro interior de la boquilla. Para lograr la resolución deseada, los investigadores exploraron velocidades de impresión en varias direcciones para mantener tiempos de impresión prolongados para estructuras más grandes.
Para trabajos futuros, el equipo propone explorar el diseño de boquillas múltiples junto con la impresión por chorro de tinta para mejorar la velocidad de impresión.
Más información: Farnaz Rezaei et al, Escritura directa con tinta de estructuras de celulosa de alta resolución, Informes científicos (2023). DOI:10.1038/s41598-023-49128-8
Información de la revista: Informes científicos
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