Multistrati in polistirene stampato a getto d'inchiostro
11 maggio 2017
Una stampante a getto d'inchiostro è stata utilizzata per la produzione di multistrati di alcool polivinilico. L'inchiostro a base di alcool polivinilico è stato formulato e le principali proprietà fisiche sono state studiate.
L'obiettivo generale di questa procedura è produrre multistrati di alcol polivinilico utilizzando metodi di stampa inkjet. La stampa inkjet è una tecnologia di stampa flessibile ed efficiente, senza vincoli, che ci permette di realizzare strutture 3D complesse in più materiali. I principali vantaggi di questa tecnica sono l'efficienza nell'utilizzo dei materiali, l'accoppiamento digitale e additivo, il processo senza contatto, la compatibilità con numerosi materiali del substrato, la deposizione a temperatura ambiente, la fabbricazione ad alta velocità e a basso costo.
Per iniziare questa procedura, riscaldare un becher di acqua purificata fino a 60 gradi Celsius. Aggiungere alcol polivinilico in modo che la percentuale ponderale finale di alcol polivinilico in soluzione sia dell'8%. Quindi aggiungere monopropilene glicole in modo che la sua percentuale ponderale finale in soluzione sia del 10%. Mescolare la soluzione per sei-otto ore per garantire omogeneità. Successivamente, filtrare la soluzione attraverso un filtro da cinque micrometri.
Valutare visivamente l'inchiostro per verificarne l'omogeneità e la presenza di segni di sedimentazione. Caratterizzare l'inchiostro come descritto nel protocollo del testo. Successivamente, pulire accuratamente il substrato di vetro, prima con acetone e poi con acqua deionizzata.
Utilizzando una pistola a spruzzo di azoto, asciugare il substrato di lavaggio. Caricare il substrato sul piano di stampa e fissarlo saldamente. Far scorrere l'inchiostro attraverso la testina di stampa per rimuovere qualsiasi aria o soluzione di pulizia dal serbatoio e dalle ugelli.
Successivamente, inserire la cartuccia nella stampante. Collegare la testina di stampa al gestore di stampa GIS tramite la scheda di personalizzazione della testina. Caricare la soluzione di inchiostro nella siringa da 150 millilitri posizionata sopra la cartuccia.
Chiudere la siringa con un cappuccio ermetico. Successivamente, premere il pulsante di spurgo per espellere l'inchiostro attraverso la punta. Dopo aver impostato la forma d'onda e i parametri di stampa, caricare l'immagine desiderata per la stampa.
Avviare il processo digitale e stampare il modello dell'immagine sul substrato. Successivamente, analizzare il modello stampato come descritto nel protocollo testuale. In questo studio, vengono esaminate le proprietà fisiche dell'inchiostro a base acquosa di PVOH.
Il comportamento reologico viene esaminato misurando la viscosità in funzione della velocità di taglio. Si osserva che la viscosità diminuisce all'aumentare della velocità di taglio, il che suggerisce che l'inchiostro presenti un comportamento pseudoplastico con effetto di thinning al taglio. La stabilità dell'inchiostro viene quindi testata misurando la viscosità e il pH in funzione del tempo per un periodo di 30 giorni.
La viscosità media è di 7,76 centipoise mentre il pH medio è di 6,71, il che indica che l'inchiostro è molto stabile nel tempo. Viene quindi analizzato il comportamento di bagnabilità dell'inchiostro. Come si può osservare, l'inchiostro a base di PVOH mostra un buon livello di bagnabilità, con un angolo di contatto iniziale di 54,5 gradi.
Si osserva quindi un leggero calo dell'angolo di contatto nei primi 25 secondi, dopo di che l'angolo si stabilizza. Una microfotografia ottica della stampa inkjet con 10 passate di stampa mostra un certo numero di difetti generati dall'effetto macchia ad anello del caffè. Tuttavia, la qualità migliora in modo significativo con 75 passate di stampa.
Questo potrebbe essere il risultato di un cambiamento nella velocità di evaporazione del solvente e di una variazione nell'interazione all'interfaccia tra gli strati sovrapposti aggiuntivi. Dopo aver visto questo video, si dovrebbe avere una buona comprensione di come formulare un inchiostro e di tutti i passaggi necessari per stampare il contenitore utilizzando un metodo di produzione a strati additivi chiamato stampa a getto d'inchiostro. Nel complesso, il nostro obiettivo era esplorare il potenziale della tecnologia di stampa a getto d'inchiostro per fornire una piattaforma alternativa per la produzione di multistrati di alcol polivinilico.
L'interesse di molti settori industriali per questa tecnologia ha acquisito slancio. Ora abbiamo la capacità di dosare principi attivi in una struttura multistrato precisa, proteggendo al contempo il consumatore o il principio attivo con uno strato barriera solubile.
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Panoramica
Questo studio si concentra sulla produzione di strati multilivello di alcol polivinilico mediante tecniche di stampa inkjet. Il processo sottolinea l'efficienza e la versatilità della stampa inkjet nella creazione di strutture complesse.
Componenti Chiave dello Studio
Ambito Scientifico
- Scienza dei materiali
- Tecnologia della stampa
- Chimica dei polimeri
Sfondo
- La stampa a getto d'inchiostro è una tecnologia flessibile ed efficiente.
- Consente la creazione di strutture tridimensionali complesse.
- Il processo è compatibile con diversi materiali.
- Offre vantaggi come la produzione a basso costo e un'elevata velocità di fabbricazione.
Scopo dello studio
- Produrre strati multipli di alcol polivinilico.
- Esplorare le proprietà fisiche degli strati stampati.
- Dimostrare le capacità della stampa a getto d'inchiostro nella fabbricazione di materiali.
Metodi Utilizzati
- Riscaldare acqua purificata a 60 gradi Celsius.
- Aggiungere alcol polivinilico per ottenere una percentuale in peso dell'8% in soluzione.
- Incorporare glicole monopropilenico fino a raggiungere una percentuale in peso del 10%.
- Agitare la soluzione per 6-8 ore per garantire omogeneità.
Risultati principali
- La soluzione è stata filtrata con successo attraverso un filtro da cinque micrometri.
- Sono state studiate le proprietà fisiche dei multistrati.
- È stata dimostrata la fattibilità dell'uso della stampa a getto d'inchiostro per la fabbricazione di multistrati.
- È stata evidenziata l'efficienza nell'uso del materiale nel processo.
Conclusioni
- La stampa a getto d'inchiostro è un metodo valido per creare multistrati di alcol polivinilico.
- Il processo è efficiente e adattabile a diverse applicazioni.
- Ulteriori studi possono esplorare materiali e applicazioni aggiuntivi.
Domande frequenti
Rilevanza Industriale del Progetto
La stampa a getto d'inchiostro di multistrati di alcol polivinilico consente una produzione additiva precisa di strutture polimeriche solubili in acqua per applicazioni farmaceutiche. Questo approccio favorisce lo sviluppo di strati barriera solubili e sistemi a rilascio controllato, permettendo il deposito accurato del principio attivo all'interno di multistrati protettivi. Il metodo aumenta l'affidabilità predittiva nella progettazione precoce delle formulazioni, grazie alla fabbricazione riproducibile e a basso impatto di scarti di architetture polimeriche idrofile.
Applicazioni Strategiche nella Ricerca e Sviluppo in Biopharma
Scoperta Precoce e Validazione del Target
- Valore scientifico: Permette l'analisi di ipotesi relative al rilascio basato su polimeri mediante spessore e composizione multistrato regolabili.
- Valore operativo: Consente la prototipazione rapida di sistemi di barriera solubili per valutare i profili di protezione attiva e di rilascio.
Sviluppo di Screening e Saggi
- Valore scientifico: Fornisce film di PVOH standardizzati e bagnabili su substrati di vetro per saggi di interazione farmacologica riproducibili.
- Valore operativo: Offre una formulazione di inchiostro riproducibile con viscosità caratterizzata (7,5 cP), pH (6,7) e stabilità nel tempo per prestazioni di stampa affidabili.
Ricerca Translazionale e Preclinica
- Valore scientifico: Facilita la riduzione del rischio meccanicistico dei polimeri portatori idrofili consentendo un'analisi specifica per strato dell'evaporazione del solvente e delle interazioni all'interfaccia.
- Valore operativo: Dimostra la scalabilità dalla stampa a 10 strati a quella a 75 strati, sostenendo il passaggio dalla dimostrazione del concetto alla valutazione preclinica.
Integrazione di Pipeline e Flusso di Lavoro
Questo metodo si integra nei flussi di lavoro della fase iniziale di scoperta consentendo una rapida fabbricazione di multistrati polimerici per lo screening delle formulazioni, evolvendo verso studi preclinici grazie a un migliore uniformità dello spessore e alla riduzione dei difetti con un numero crescente di strati.
- Biologia della scoperta: Supporta la verifica di ipotesi sull'efficacia delle barriere polimeriche consentendo un controllo preciso sull'architettura multistrato.
- Screening: Fornisce substrati pronti per saggi con bagnabilità quantificabile (angolo di contatto iniziale 54,5°) e proprietà dell'inchiostro stabili nel tempo.
- Analisi: Permette l'analisi del comportamento reologico e di bagnamento al fine di correlazionare i parametri di stampa con la qualità strutturale.
- Ricerca traslazionale: Collega la scoperta alla fase preclinica attraverso la produzione scalabile e additiva di multistrati di PVOH adatti alla valutazione di rivestimenti biocompatibili.
- Riutilizzo aziendale: Stabilisce una piattaforma riutilizzabile per la deposizione di polimeri multistrato in diversi programmi di formulazione.
Impatto Operativo ed Aziendale
- Valore scientifico: Affidabilità predittiva nella formazione di film polimerici grazie alla stabilità dell'inchiostro e al comportamento pseudoplastico caratterizzati.
- Valore operativo: Deposizione standardizzata, senza contatto e a temperatura ambiente, con elevata efficienza del materiale.
- Valore strategico: Consente decisioni più accurate su prosegui/non prosegui nelle fasi iniziali di formulazione, riducendo l'ambiguità nella lavorazione dei polimeri.
- Impatto sul portafoglio: Favorisce la priorizzazione basata sul rischio dei sistemi di trasporto idrofili grazie a un'uscita multistrato riproducibile.
Considerazioni sull'implementazione
- Richiede competenze nella formulazione degli inchiostri e nella caratterizzazione reologica.
- È dipendente dall'hardware piezoelettrico per la stampa inkjet e da ambienti di stampa controllati dal punto di vista climatico.
- Necessita della standardizzazione della pulizia del substrato (acetone/acqua deionizzata) e dell'essiccazione in atmosfera di azoto per garantire una coesione uniforme.
- Comporta considerazioni di adattamento relative alla bagnabilità del substrato oltre il vetro, come dimostrato nello studio.
- È limitato dai difetti di tipo "macchia di caffè" a basso numero di strati, richiedendo un numero sufficiente di passate (ad esempio, 75 strati) per migliorare la qualità.
