a, Imagen ilustrativa de un proceso de escritura láser directo tridimensional típico. Un segundo femoto más tarde se enfocó firmemente en un material fotosensible (hidrogel en nuestro caso). B, Resultado de la fabricación de la microestructura de la pila de madera 3D. La estructura de la pila de leña se tomó en modo reflectante en un microscopio confocal Nikon, y se demostró claramente la función 3D y la resolución submicrométrica. C, Fabricación y caracterización de una microestructura con efecto de memoria de forma sensible al agua. Cuando el microambiente está lleno de agua, la microestructura se hinchará en octágonos debido a sus propiedades mecánicas. Cuando el contenido de agua en el medio ambiente cae (se evapora), los octágonos se encogerán en cuadrados. Debido a la robustez del material, este proceso de efecto de memoria de forma se puede invertir varias veces a escala micrométrica. Crédito:Haoyi Yu, Haibo Ding, Qiming Zhang, Zhongze Gu, y Min Gu
La fabricación de andamios de hidrogel con memoria de forma no solo requiere biocompatibilidad, resolución micrométrica, alta resistencia mecánica, pero también requiere un umbral de polimerización bajo en un ambiente con alto contenido de agua para incorporar microestructuras con tejidos biológicos. Hacia este objetivo, Científicos de China y Australia desarrollaron una nueva fórmula de hidrogel que cumple con este objetivo y demostraron estructuras sensibles al agua con un efecto de memoria de forma a escala micrométrica. Este trabajo es de importancia para el futuro desarrollo de microdispositivos reversibles en ingeniería biomédica.
La escritura láser directa (DLW) tridimensional (3-D) basada en la polimerización de dos fotones (TPP) es una tecnología avanzada para fabricar micro y nanoestructuras de hidrogel 3D precisas para aplicaciones en ingeniería biomédica. Particularmente, el uso de láseres visibles para la DLW 3D de hidrogeles es ventajoso porque permite una alta resolución de fabricación y promueve la cicatrización de heridas. El diacrilato de polietilenglicol (PEGda) se ha utilizado ampliamente en la fabricación de TPP debido a su alta biocompatibilidad. Sin embargo, la alta potencia del láser requerida en las microestructuras 3D DLW de PEGda que utilizan un láser visible en un entorno con alto contenido de agua limita sus aplicaciones solo a aquellas que están por debajo del nivel de seguridad de la potencia del láser biológico.
En un nuevo artículo publicado en Fabricación ligera avanzada , un equipo de científicos, dirigido por el profesor Min Gu del Centro de Nanofotónica de Inteligencia Artificial, Universidad de Shanghai para la Ciencia y la Tecnología, y el Laboratorio Estatal de Bioelectrónica, Universidad del Sureste, Porcelana, y compañeros de trabajo del Laboratorio de Nanofotónica de Inteligencia Artificial, Universidad RMIT, Australia, han desarrollado una fórmula para un hidrogel TPP basado en 2-hidroxi-2-metilpropiofenona (HMPP) y PEGda fue desarrollado para la fabricación de microestructuras 3D DLW a una potencia de umbral bajo (0,1 nJ por pulso láser a una velocidad de escritura de 10 μm · s -1 ) en un entorno con alto contenido de agua (hasta un 79%) utilizando un rayo láser verde (535 nm).
Basado en estas propiedades sobresalientes de esta fórmula de hidrogel, Se diseñó y fabricó una nueva microestructura con memoria de forma 'octógonos a cuadrados' en un entorno de alto contenido de agua. Debido al efecto de respuesta del hidrogel al agua, la microestructura puede cambiar su forma junto con el cambio de contenido de agua en el microambiente. Además, la microestructura también demostró una reversibilidad muy robusta. La fórmula del hidrogel y la microestructura con memoria de forma pueden soportar varios tipos de aplicaciones en ingeniería biomédica. Estos científicos resumen el principio sobre el que se desarrolla el nuevo material fotosensible:
"PEGda es un material de hidrogel muy típico y se ha utilizado ampliamente en numerosas aplicaciones en ingeniería biomédica, debido a su alta biocompatibilidad y no toxicidad para los tejidos biológicos. El fotoiniciador:2-hidroxi-2-metilpropiofenona (HMPP) es un tipo de fotoiniciador muy utilizado para la litgrafía de luz ultravioleta de fotón único, pero no se ha utilizado para fuentes de luz visible (verde) en TPP basado en 3- D DLW. Elegimos este material porque puede satisfacer las necesidades del futuro DLW 3D:resolución de fabricación submicrométrica; fuerte estabilidad mecánica; alta relación de polimerización en entornos con alto contenido de agua, lo que reducirá la potencia umbral del láser necesaria para la fabricación de TPP; y admite la longitud de onda de luz visible como fuente de láser de trabajo ".
"El material presentado se puede utilizar para fabricar varias microestructuras utilizando 3-D DLW con baja potencia. Y se utilizará en una amplia gama de escenarios de aplicación, por ejemplo, podemos fabricar microestructuras con tejido biológico in situ, y luego controlar las formas de la microestructura usando el efecto de memoria de forma. Este avance podría abrir un nuevo espacio para futuras microestructuras reversibles en el control de tejidos biológicos y sería una plataforma útil para que los científicos estudien los comportamientos y funciones de los tejidos biológicos ", pronosticaron los científicos.
