Impression quadridimensionnelle de robots mous à base d’hydrogel sensibles aux stimuli

Le protocole présenté devrait fournir de nouvelles orientations pour la réalisation de systèmes robotiques souples, intelligents et transformables pour diverses applications. Le processus d’impression 4D dépendant du temps peut créer divers robots mous sensibles aux stimuli, avec une large gamme de tailles, du millimètre au centimètre. Cette technique de bio-impression 4D peut être étendue à l’administration ciblée de médicaments, à la microchirurgie et à la biopsie moins invasive dans l’ingénierie des soins de santé.

Les informations textuelles seules peuvent créer de l’ambiguïté pour les lecteurs, de sorte que les démonstrations visuelles sont essentielles pour aider à atteindre les résultats escomptés. Pour préparer les encres hydrogel à base d’acrylamide non sensibles aux stimuli, diluez l’acrylamide, le réticulant et le photo-initiateur dans de l’eau désionisée à l’aide d’un agitateur magnétique pendant 24 heures. Pour préparer les encres hydrogel à base de N-isopropylacrylamide sensibles aux stimuli, diluer le N-isopropylacrylamide, le N-isopropylacrylamide de propyle et le photo-initiateur, dans de l’eau désionisée, à l’aide d’un agitateur magnétique pendant 24 heures.

Ajoutez ensuite un colorant au gel d’acrylamide et au gel de N-isopropylacrylamide, et faites tourbillonner l’agent de cisaillement, Laponite RD, à 1150 rotations par minute, soit au moins six heures, jusqu’à ce qu’ils soient complètement dilués. Suivez ensuite les instructions fournies dans le texte pour préparer l’encre hydrogel. Pour préparer les encres ferrogel, préparez d’abord une solution A et une solution B selon le protocole décrit dans le texte.

Pour effectuer la polymérisation, transférez 200 microlitres de la solution A et cinq microlitres de la solution B dans un tube microcentrifuge et vortex le mélange pendant 20 secondes. À l’aide du logiciel Slicer, générez un code G pour chaque structure précédemment créée par optimisation de la conception de la pince. Attribuez une hauteur de couche de 0,4 millimètre.

Une densité de remplissage de 75%Et une vitesse d’impression de 10 millimètres par seconde. Modifiez le fichier de code G à l’aide de deux têtes d’impression. Enregistrez le fichier de code G sur une carte numérique ou SD sécurisée, avant de le connecter à l’imprimante 3D.

Après avoir connecté les cartouches d’hydrogel à base d’acrylamide et à base de N-isopropylacrylamide aux buses respectives, vérifiez si les deux têtes d’impression des cartouches sont dans la même position sur l’axe Z. Ensuite, calibrez les coordonnées X et Y avec précision, pour éviter les désalignements entre les deux buses. Maintenant, réglez la pression d’impression à 20 à 25 kilopascal pour l’hydrogel à base d’acrylamide et à 10 à 15 kilopascal pour l’hydrogel à base de N-isopropylacrylamide.

Répétez les étapes après l’impression complète de chaque échantillon pour imprimer le suivant. Avant la photopolymérisation UV, injectez les encres ferrogel sensibles au champ magnétique dans la zone de trou mince ciblée de la pince souple imprimée en 3D à l’aide d’une seringue. Après l’injection du ferrogel, placez la structure de préhension dans une chambre source UV, ayant une longueur d’onde de 365 nanomètres, pendant six minutes.

Après photopolymérisation UV, transférer la structure de la pince dans un bain-marie désionisé, pendant au moins 24 heures, jusqu’à ce qu’elle atteigne un état d’équilibre complètement gonflé. La pince hybride souple a effectué une tâche de pick and placement via un actionnement thermosensible et une locomotion magnétique. Lorsque la température a augmenté au-dessus de la température de solution critique inférieure, ou LCST, l’hydrogel à base de N-isopropylacrylamide a gonflé et a rétréci, fermant l’embout de la pince.

En revanche, l’embout de la pince s’est ouvert lorsque la température a diminué en dessous du LCST, en raison du gonflement de l’hydrogel à base de N-isopropylacrylamide. La pince a également démontré une tâche de pick and place à l’intérieur d’un labyrinthe d’échantillons imprimés en 3D rempli d’eau désionisée. La pince, à l’état ouvert de la pointe, était guidée par un aimant externe depuis sa position de départ jusqu’aux œufs de saumon ciblés.

Lorsque la température a atteint 40 degrés Celsius, la pointe de la pince s’est fermée pour saisir les œufs de saumon. La pince a été guidée hors du labyrinthe tout en tenant les œufs de saumon, et elle a réussi à libérer les œufs de saumon intacts dans la zone cible dans un état de pointe ouverte, à une température ambiante de 25 degrés Celsius. Des précautions expérimentales doivent être prises lors de l’étalonnage des points de coordonnées entre les deux buses.

Ce processus nécessite beaucoup de pratique. Ce protocole spécifique jette les bases d’autres avancées significatives dans la réalisation de robots mous sensibles aux stimuli intelligents contrôlables avec précision, hautement sensibles et multifonctionnels.