Questo manoscritto descrive una strategia di stampa 4D per la fabbricazione di robot morbidi intelligenti sensibili agli stimoli. Questo approccio può fornire le basi per facilitare la realizzazione di sistemi robotici morbidi trasformabili in forma intelligente, inclusi manipolatori intelligenti, elettronica e sistemi sanitari.
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Articolo metodologico
Stampa quadridimensionale di robot morbidi a base di idrogel sensibili agli stimoli
In questo articolo
Sommario
Abstract
Il presente protocollo descrive la creazione di robot morbidi quadridimensionali (4D), dipendenti dal tempo, mutabili dalla forma, sensibili agli stimoli utilizzando un metodo di bio-stampa tridimensionale (3D). Recentemente, le tecniche di stampa 4D sono state ampiamente proposte come nuovi metodi innovativi per lo sviluppo di robot morbidi trasformabili dalla forma. In particolare, la trasformazione della forma dipendente dal tempo 4D è un fattore essenziale nella robotica morbida perché consente alle funzioni efficaci di verificarsi al momento e nel luogo giusto quando innescate da segnali esterni, come calore, pH e luce. In linea con questa prospettiva, i materiali sensibili agli stimoli, tra cui idrogel, polimeri e ibridi, possono essere stampati per realizzare sistemi robotici morbidi trasformabili in modo intelligente. L'attuale protocollo può essere utilizzato per fabbricare pinze morbide termicamente sensibili composte da idrogel a base di N-isopropilacrilammide (NIPAM), con dimensioni complessive che vanno da millimetri a centimetri di lunghezza. Si prevede che questo studio fornirà nuove direzioni per la realizzazione di sistemi robotici morbidi intelligenti per varie applicazioni in manipolatori intelligenti (ad esempio, pinze, attuatori e macchine pick-and-place), sistemi sanitari (ad esempio, capsule di farmaci, strumenti per biopsia e microchirurgia) ed elettronica (ad esempio, sensori indossabili e fluidica).
Introduzione
Lo sviluppo di robot morbidi sensibili agli stimoli è importante sia dal punto di vista tecnico che intellettuale. Il termine robot morbidi sensibili agli stimoli si riferisce generalmente a dispositivi / sistemi composti da idrogel, polimeri, elastomeri o ibridi che mostrano cambiamenti di forma in risposta a segnali esterni, come calore, pH e luce 1,2,3,4. Tra i molti robot morbidi sensibili agli stimoli, i robot morbidi a base di idrogel N-isopropilacrilammide (NIPAM) eseguono i compiti o le interazioni desiderati utilizzando la ....
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Protocollo
La pinza morbida sensibile agli stimoli era composta da tre diversi tipi di idrogel: idrogel a base di acrilammide (AAm) non sensibile agli stimoli, idrogel a base di N-isopropilacrilammide (NIPAM) termicamente sensibile e ferrogel magnetico sensibile (Figura 1). I tre inchiostri idrogel sono stati preparati modificando i metodi precedentemente pubblicati 29,30,31. I dati presentati in questo studio sono disponibili su richiesta presso l'autore corrispondente.
1. Preparazione di inchiostri idrogel
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Risultati
L'idrogel a base di NIPAM è stato considerato principalmente durante la progettazione della pinza morbida termicamente reattiva grazie al suo LCST affilato, che lo fa esibire significative proprietà di rigonfiamento e rigonfiamento 9,10. Inoltre, l'idrogel a base di AAm è stato considerato come un sistema non sensibile agli stimoli per massimizzare la trasformazione della forma della pinza ibrida morbida, riducendo al contempo la delaminazione dell'interfaccia du.......
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Discussione
In termini di selezione del materiale per la pinza ibrida morbida, è stato preparato per la prima volta un sistema di materiali multi-reattivo composto da un idrogel a base di AAm non sensibile agli stimoli, un idrogel a base di NIPAM termicamente reattivo e un ferrogel magnetico sensibile per consentire alla pinza ibrida morbida di mostrare locomozione programmabile e trasformazione della forma. A causa delle loro proprietà di rigonfiamento e rigonfiamento termicamente reattive, gli idrogel a base di NIPAM mostrano fles.......
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Dichiarazioni
Gli autori non dichiarano conflitti di interesse.
Ringraziamenti
Gli autori riconoscono con gratitudine il sostegno della sovvenzione della National Research Foundation of Korea (NRF) finanziata dal governo coreano (MSIT) (No.2022R1F1A1074266).
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| 2-idrossi-4'-(2-idrossietossi)-2-metilpropiofenone | Sigma Aldrich | 410896-50G | Irgacure 2959, fotoiniziatore |
| 3D WOX 2X | sindoh | n/a stampante | 3D per la fabbricazione di un labirinto |
| Acrilammide | Sigma-Aldrich | 29-007 | ≥ 99% |
| Compressore per aerografo | WilTec | AF18-2 | |
| Persolfato di ammonio | Sigma Aldrich | A4418 | |
| Auto CAD | Autodesk | n/a | software per file di progettazione assistita da computer |
| BLX UV crosslinker | BIO-LINK | U01-133-565 | |
| Cartuccia | CELLINK | CSC010300102 | |
| Agitazione digitale a caldo Piastre | Corning | 6798-420D | |
| Fluoresceina O-metacrilato | Sigma Aldrich | 568864 | colorante di gel AAm |
| INKREDIBLE+ bioprinter | CELLINK | n/a | |
| Ferro (III) Ossido rosso | DUKSAN scienza generale | I0231 | |
| Laponite RD | BYK | n/a | nanoclay |
| Provetta per microcentrifuga | SPL | 60615 | |
| Micro agitatore | Cowie | 27-00360-08 | |
| N, N, N', N'-tetrametiletilendiammina | Sigma | Aldrich T7024-100ML | |
| N, N'-metilenebisacrilammide | Sigma Aldrich | M7279 | ≥ 99,5% |
| N-isopropilacrilammide | Sigma-Aldrich | 415324-50G | |
| Poli(N-isopropilacrilammide) | Sigma-Aldrich | 535311 | |
| Rhodamine 6G | Sigma Aldrich | R4127 | colorante del gel NIPAM |
| Software Slic3r (v1.2.9) | Slic3r | n/a | software open source per convertire il file .stl in |
| gcode Perle di idrossido di sodio | Sigma Aldrich | S5881 | |
| Ugelli conici sterili ad alta precisione per bioprinting | CELLINK | NZ3270005001 | 22 G, 25 G |
| Siringa | Vaccino coreano | K07415389 | 10 CC 21 G (1-1/4 INCH) |
| Miscelatore a vortice | DAIHAN | DH. |
Riferimenti
- 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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Ristampe e permessi
