طباعة رباعية الأبعاد للروبوتات اللينة القائمة على الهيدروجيل المستجيبة للمحفزات

من المتوقع أن يوفر البروتوكول المقدم اتجاهات جديدة لتحقيق أنظمة روبوتية ذكية وقابلة للتحويل وناعمة لمختلف التطبيقات. يمكن لعملية الطباعة المعتمدة على الوقت 4D إنشاء روبوتات ناعمة متنوعة تستجيب للمحفزات ، مع نطاق واسع الحجم ، من ملليمترات إلى سنتيمترات. يمكن تمديد تقنية الطباعة الحيوية 4D هذه نحو توصيل الأدوية المستهدفة ، والجراحة المجهرية ، والخزعة الأقل توغلا في هندسة الرعاية الصحية.

يمكن أن تخلق المعلومات النصية فقط غموضا للقراء ، لذا فإن العروض المرئية ضرورية للمساعدة في تحقيق النتائج المرجوة. لتحضير أحبار هيدروجيل غير مستجيبة للأكريلاميد ، قم بتخفيف مادة الأكريلاميد ، والرابط المتقاطع ، وبادئ الصورة في الماء منزوع الأيونات باستخدام محرك مغناطيسي لمدة 24 ساعة. لتحضير المحفزات المستجيبة لأحبار هيدروجيل N-isopropylacrylamide ، تمييع N-isopropylacrylamide ، بروبيل N-isopropylacrylamide ، وبادئ الصورة ، في الماء منزوع الأيونات ، باستخدام محرك مغناطيسي لمدة 24 ساعة.

ثم أضف صبغة إلى هلام الأكريلاميد ، وجل N-isopropylacrylamide ، ودوامة عامل القص ، Laponite RD ، بمعدل 1150 دورة في الدقيقة ، أو ست ساعات على الأقل ، حتى يتم تخفيفها تماما. ثم اتبع التعليمات الواردة في النص لإعداد حبر هيدروجيل. لإعداد أحبار ferrogel ، أولا ، قم بإعداد حل A وحل B وفقا للبروتوكول الموضح في النص.

لإجراء البلمرة ، انقل 200 ميكرولتر من المحلول A ، وخمسة ميكرولتر من المحلول B ، إلى أنبوب طرد مركزي دقيق ، وقم بتدوير الخليط لمدة 20 ثانية. باستخدام برنامج Slicer ، قم بإنشاء رمز G لكل هيكل تم إنشاؤه مسبقا عن طريق تحسين تصميم القابض. تعيين ارتفاع طبقة من 0.4 ملم.

كثافة تعبئة 75٪وسرعة طباعة 10 ملليمترات في الثانية. قم بتحرير ملف التعليمات البرمجية G باستخدام رؤوس طباعة مزدوجة. احفظ ملف رمز G على بطاقة رقمية أو SD آمنة ، قبل توصيله بالطابعة ثلاثية الأبعاد.

بعد توصيل خراطيش هيدروجيل القائمة على مادة الأكريلاميد و N-isopropylacrylamide بالفتحات المعنية ، تحقق مما إذا كان رأسي الطباعة للخراطيش في نفس الموضع على المحور Z. ثم قم بمعايرة إحداثيات X و Y بدقة ، لتجنب الاختلالات بين الفوهتين. الآن ، اضبط ضغط الطباعة على 20 إلى 25 كيلو باسكال للهيدروجيل القائم على مادة الأكريلاميد ، وعلى 10 إلى 15 كيلو باسكال للهيدروجيل القائم على N-isopropylacrylamide.

كرر الخطوات بعد طباعة كل عينة بالكامل لطباعة العينة التالية. قبل المعالجة الضوئية للأشعة فوق البنفسجية ، قم بحقن أحبار ferrogel المستجيبة للمجال المغناطيسي في منطقة الثقب الرقيقة المستهدفة للقابض الناعم المطبوع 3D باستخدام حقنة. بعد حقن ferrogel ، ضع هيكل القابض داخل غرفة مصدر الأشعة فوق البنفسجية ، التي يبلغ طولها الموجي 365 نانومتر ، لمدة ست دقائق.

بعد معالجة الصور بالأشعة فوق البنفسجية ، انقل هيكل القابض إلى حمام مائي منزوع الأيونات ، لمدة 24 ساعة على الأقل ، حتى يصل إلى حالة توازن منتفخة تماما. قام القابض الهجين الناعم بمهمة الانتقاء والمكان عبر التشغيل المستجيب حراريا والحركة المغناطيسية. عندما ارتفعت درجة الحرارة فوق درجة حرارة المحلول الحرج المنخفضة ، أو LCST ، تضخم هيدروجيل N-isopropylacrylamide ، وتقلص ، مما أدى إلى إغلاق طرف القابض.

في المقابل ، تم فتح طرف القابض عندما انخفضت درجة الحرارة إلى ما دون LCST ، بسبب تورم هيدروجيل N-isopropylacrylamide. أظهر القابض أيضا مهمة اختيار ووضع داخل متاهة عينة مطبوعة 3D مملوءة بالماء منزوع الأيونات. تم توجيه القابض ، في حالة طرفه المفتوح ، بواسطة مغناطيس خارجي من موضع البداية إلى بطارخ السلمون المستهدف.

عندما وصلت درجة الحرارة إلى 40 درجة مئوية ، أغلق طرف القابض للإمساك بطارخ السلمون. تم توجيه القابض للخروج من المتاهة أثناء الإمساك ببطارخ السلمون ، ونجح في إطلاق بطارخ السلمون السليم في المنطقة المستهدفة في حالة فتح الطرف ، عند درجة حرارة الغرفة 25 درجة مئوية. يجب توخي الحذر التجريبي أثناء معايرة نقاط الإحداثيات بين الفوهتين.

هذه العملية تتطلب الكثير من الممارسة. يوفر هذا البروتوكول المحدد الأساس لمزيد من التقدم الكبير في تحقيق روبوتات ناعمة سريعة الاستجابة للمحفزات الذكية يمكن التحكم فيها بدقة وحساسة للغاية ومتعددة الوظائف.