Este manuscrito describe una estrategia de impresión 4D para fabricar robots blandos inteligentes sensibles a estímulos. Este enfoque puede proporcionar la base para facilitar la realización de sistemas robóticos blandos inteligentes transformables en forma, incluidos manipuladores inteligentes, electrónica y sistemas de atención médica.
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Artículo de método
Impresión en cuatro dimensiones de robots blandos a base de hidrogel sensibles a estímulos
En este artículo
Resumen
Resumen
El presente protocolo describe la creación de robots blandos cuatridimensionales (4D), dependientes del tiempo, cambiantes y sensibles a estímulos utilizando un método de bioimpresión tridimensional (3D). Recientemente, las técnicas de impresión 4D se han propuesto ampliamente como nuevos métodos innovadores para desarrollar robots blandos transformables en forma. En particular, la transformación de la forma 4D dependiente del tiempo es un factor esencial en la robótica blanda porque permite que las funciones efectivas ocurran en el momento y lugar adecuados cuando se activan por señales externas, como el calor, el pH y la luz. En línea con esta perspectiva, se pueden imprimir materiales sensibles a estímulos, incluidos hidrogeles, polímeros e híbridos, para realizar sistemas robóticos blandos inteligentes transformables en forma. El protocolo actual se puede utilizar para fabricar pinzas blandas térmicamente sensibles compuestas de hidrogeles a base de N-isopropilacrilamida (NIPAM), con tamaños totales que van desde milímetros hasta centímetros de longitud. Se espera que este estudio proporcione nuevas direcciones para realizar sistemas robóticos blandos inteligentes para diversas aplicaciones en manipuladores inteligentes (por ejemplo, pinzas, actuadores y máquinas de recoger y colocar), sistemas de atención médica (por ejemplo, cápsulas de medicamentos, herramientas de biopsia y microcirugías) y electrónica (por ejemplo, sensores portátiles y fluidos).
Introducción
El desarrollo de robots blandos sensibles a estímulos es importante tanto desde el punto de vista técnico como intelectual. El término robots blandos sensibles a estímulos generalmente se refiere a dispositivos / sistemas compuestos de hidrogeles, polímeros, elastómeros o híbridos que exhiben cambios de forma en respuesta a señales externas, como calor, pH y luz 1,2,3,4. Entre los muchos robots blandos sensibles a estímulos, los robots blandos basados en hidrogel de N-isopropilacrilamida (NIPAM) realizan las tareas o interacciones d....
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Protocolo
La pinza suave sensible a estímulos estaba compuesta por tres tipos diferentes de hidrogeles: hidrogel a base de acrilamida (AAm) no sensible a estímulos, hidrogel a base de N-isopropil acrilamida (NIPAM) térmicamente sensible y ferrogel sensible magnético (Figura 1). Las tres tintas de hidrogel fueron preparadas modificando métodos previamente publicados 29,30,31. Los datos presentados en este estudio están disponibles a petición del autor correspondiente.
1. Preparación de tintas de hidrogel
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Resultados
El hidrogel a base de NIPAM se consideró principalmente al diseñar la pinza suave térmicamente sensible debido a su LCST afilado, lo que hace que exhiba propiedades significativas de hinchazón-hinchazón 9,10. Además, el hidrogel basado en AAm se consideró como un sistema que no responde a estímulos para maximizar la transformación de la forma de la pinza híbrida suave al tiempo que reduce la delaminación de la interfaz durante múltiples procesos de calentamiento .......
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Discusión
En términos de selección de materiales para la pinza híbrida blanda, se preparó por primera vez un sistema de material de respuesta múltiple compuesto por un hidrogel a base de AAm que no responde a estímulos, un hidrogel basado en NIPAM térmicamente sensible y un ferrogel de respuesta magnética para permitir que la pinza híbrida suave exhiba locomoción programable y transformación de forma. Debido a sus propiedades de hinchazón-deshinchazón térmicamente sensibles, los hidrogeles a base de NIPAM exhiben flexión, plegado .......
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Divulgaciones
Los autores declaran no tener conflictos de intereses.
Agradecimientos
Los autores agradecen el apoyo de la subvención de la Fundación Nacional de Investigación de Corea (NRF) financiada por el gobierno coreano (MSIT) (No.2022R1F1A1074266).
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Materiales
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| 2-hidroxi-4'-(2-hidroxietoxi)-2-metilpropiofenona | Sigma Aldrich | 410896-50G | Irgacure 2959, fotoiniciador |
| 3D WOX 2X | sindoh | n/a | impresora 3D para fabricar un laberinto |
| Acrylamide | Sigma-Aldrich | 29-007 | ≥ 99% |
| Compresor de aerógrafo | WilTec | AF18-2 | |
| Persulfato de amonio | Sigma Aldrich | A4418 | |
| Auto CAD | Autodesk | n/a | software para diseño asistido por ordenador archivo |
| BLX Reticulante UV | BIO-LINK | U01-133-565 | |
| Cartucho | CELLINK | CSC010300102 | |
| Agitación digital Caliente Placas | Corning | 6798-420D | |
| Fluoresceína O-metacrilato | Sigma Aldrich | 568864 | colorante de AAm gel |
| INKREDIBLE+ bioimpresora | CELLINK | n/a | |
| Óxido de hierro (III) rojo | DUKSAN ciencia general | I0231 | |
| Laponita RD | BYK | n/a | nanoarcilla |
| Tubo de microcentrífuga | SPL | 60615 | |
| Micro barra agitadora | Cowie | 27-00360-08 | |
| N, N, N', N'-tetrametiletilendiamina | Sigma Aldrich | T7024-100ML | |
| N, N'-metilenebisacrilamida | Sigma Aldrich | M7279 | ≥ 99.5% |
| N-isopropilacrilamida | Sigma-Aldrich | 415324-50G | |
| Poli(N-isopropilacrilamida) | Sigma-Aldrich | 535311 | |
| Rodamina 6G | Sigma Aldrich | R4127 | colorante de gel NIPAM |
| Software Slic3r (v1.2.9) | Slic3r | n/a | para convertir archivos .stl a gcode |
| Perlas de hidróxido de sodio | Sigma Aldrich | S5881 | |
| Boquillas de bioimpresión cónicas estériles de alta precisión | CELLINK | NZ3270005001 | 22 G, 25 G |
| Jeringa | vacunas de Corea | K07415389 | 10 CC 21 G (1-1/4 INCH) |
| Mezclador de vórtice | DAIHAN | DH. |
Referencias
- Gracias, D. H. Stimuli responsive self-folding using thin polymer films. Current Opinion in Chemical Engineering. 2 (1), 112-119 (2013).
- Zhang, Y. S., Khademhosseini, A. Advances in engineering hydrogels. Science. 356 (6337), (2017).
- Erol, O., Pantula, A., Liu, W., G....
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Reimpresiones y permisos
