Impresión en cuatro dimensiones de robots blandos a base de hidrogel sensibles a estímulos

Se espera que el protocolo presentado proporcione nuevas direcciones para realizar sistemas robóticos inteligentes, transformables y suaves para diversas aplicaciones. El proceso de impresión 4D dependiente del tiempo puede crear diversos robots blandos sensibles a estímulos, con un amplio rango de tamaño, desde milímetros hasta centímetros. Esta técnica de bioimpresión 4D se puede extender hacia la administración dirigida de fármacos, microcirugía y biopsia menos invasiva en ingeniería sanitaria.

La información de solo texto puede crear ambigüedad para los lectores, por lo que las demostraciones visuales son esenciales para ayudar a lograr los resultados previstos. Para preparar las tintas de hidrogel a base de acrilamida que no responden a estímulos, diluya la acrilamida, el reticulante y el fotoiniciador en agua desionizada utilizando un agitador magnético durante 24 horas. Para preparar las tintas de hidrogel a base de N-isopropilacrilamida sensibles a estímulos, diluir N-isopropilacrilamida, propilo N-isopropilacrilamida, y el fotoiniciador, en agua desionizada, utilizando un agitador magnético durante 24 horas.

Luego agregue un colorante al gel de acrilamida y al gel de N-isopropilacrilamida, y vortice el agente de corte, Laponite RD, a 1150 rotaciones por minuto, o al menos seis horas, hasta que estén completamente diluidos. A continuación, siga las instrucciones proporcionadas en el texto para preparar la tinta de hidrogel. Para preparar las tintas de ferrogel, primero, prepare la solución A y la solución B de acuerdo con el protocolo descrito en el texto.

Para llevar a cabo la polimerización, transfiera 200 microlitros de la solución A y cinco microlitros de la solución B a un tubo de microcentrífuga y vortice la mezcla durante 20 segundos. Usando el software Slicer, genere un código G para cada estructura creada previamente mediante la optimización del diseño de la pinza. Asigne una altura de capa de 0,4 milímetros.

Una densidad de relleno del 75% y una velocidad de impresión de 10 milímetros por segundo. Edite el archivo de código G con cabezales de impresión dobles. Guarde el archivo de código G en una tarjeta digital o SD segura, antes de conectarlo a la impresora 3D.

Después de conectar los cartuchos de hidrogel a base de acrilamida y N-isopropilacrilamida a las boquillas respectivas, compruebe si los dos cabezales de impresión de los cartuchos están en la misma posición en el eje Z. Luego calibre las coordenadas X e Y con precisión, para evitar desalineaciones entre las dos boquillas. Ahora, establezca la presión de impresión en 20 a 25 kilopascales para el hidrogel a base de acrilamida, y en 10 a 15 kilopascales para el hidrogel a base de N-isopropilacrilamida.

Repita los pasos después de que cada muestra esté completamente impresa, para imprimir la siguiente. Antes del fotocurado UV, inyecte las tintas de ferrogel sensibles al campo magnético en el área de orificio delgado objetivo de la pinza suave impresa en 3D con una jeringa. Después de la inyección del ferrogel, coloque la estructura de la pinza dentro de una cámara de fuente UV, con una longitud de onda de 365 nanómetros, durante seis minutos.

Después del fotocurado UV, transfiera la estructura de la pinza a un baño de agua desionizado, durante al menos 24 horas, hasta que alcance un estado de equilibrio completamente hinchado. La pinza híbrida suave realizó una tarea de recogida y colocación a través de un accionamiento térmicamente sensible y locomoción magnética. Cuando la temperatura aumentó por encima de la temperatura de solución crítica más baja, o LCST, el hidrogel a base de N-isopropilacrilamida se hinchó y se encogió, cerrando la punta de la pinza.

En contraste, la punta de la pinza se abrió cuando la temperatura disminuyó por debajo del LCST, debido a la hinchazón del hidrogel a base de N-isopropilacrilamida. La pinza también demostró una tarea de recoger y colocar dentro de un laberinto de muestras impreso en 3D lleno de agua desionizada. La pinza, en su estado abierto de punta, fue guiada por un imán externo desde su posición inicial hasta las huevas de salmón objetivo.

Cuando la temperatura alcanzó los 40 grados centígrados, la punta de la pinza se cerró para agarrar las huevas de salmón. La pinza fue guiada fuera del laberinto mientras sostenía las huevas de salmón, y liberó con éxito las huevas de salmón intactas en el área objetivo en un estado abierto de punta, a temperatura ambiente de 25 grados centígrados. Se debe tener cuidado experimental al calibrar los puntos de coordenadas entre las dos boquillas.

Este proceso requiere mucha práctica. Este protocolo específico proporciona la base para nuevos avances significativos en la realización de robots blandos controlables con precisión, altamente sensibles y multifuncionales que responden a estímulos inteligentes.