Stampa quadridimensionale di robot morbidi a base di idrogel sensibili agli stimoli

Si prevede che il protocollo presentato fornirà nuove direzioni per la realizzazione di sistemi robotici intelligenti, trasformabili e morbidi per varie applicazioni. Il processo di stampa 4D dipendente dal tempo può creare diversi robot morbidi sensibili agli stimoli, con un'ampia gamma di dimensioni, da millimetri a centimetri. Questa tecnica di bioprinting 4D può essere estesa alla somministrazione mirata di farmaci, alla microchirurgia e alla biopsia meno invasiva nell'ingegneria sanitaria.

Le informazioni di solo testo possono creare ambiguità per i lettori, quindi le dimostrazioni visive sono essenziali per aiutare a raggiungere i risultati desiderati. Per preparare gli inchiostri idrogel a base di acrilammide non sensibili agli stimoli, diluire l'acrilammide, il reticolante e l'iniziatore fotografico in acqua deionizzata utilizzando un agitatore magnetico per 24 ore. Per preparare gli inchiostri idrogel a base di N-isopropilacrilammide sensibili agli stimoli, diluire N-isopropilacrilammide, propile N-isopropilacrilammide e il fotoiniziatore, in acqua deionizzata, utilizzando un agitatore magnetico per 24 ore.

Quindi aggiungere colorante al gel di acrilammide e al gel di N-isopropilacrilammide e vortice l'agente di taglio, Laponite RD, a 1150 rotazioni al minuto, o almeno sei ore, fino a quando non sono completamente diluiti. Quindi seguire le istruzioni fornite nel testo per preparare l'inchiostro idrogel. Per preparare gli inchiostri ferrogel, in primo luogo, preparare la soluzione A e la soluzione B secondo il protocollo descritto nel testo.

Per eseguire la polimerizzazione, trasferire 200 microlitri della soluzione A e cinque microlitri della soluzione B in un tubo di microcentrifuga e vortice della miscela per 20 secondi. Utilizzando il software Slicer, generare un codice G per ogni struttura precedentemente creata ottimizzando il design della pinza. Assegnate un'altezza del livello di 0,4 millimetri.

Una densità di riempimento del 75% e una velocità di stampa di 10 millimetri al secondo. Modificare il file del codice G utilizzando due testine di stampa. Salvare il file del codice G su una scheda digitale o SD sicura, prima di collegarlo alla stampante 3D.

Dopo aver collegato le cartucce di idrogel a base di acrilammide e N-isopropilacrilammide ai rispettivi ugelli, verificare se le due testine di stampa delle cartucce si trovano nella stessa posizione sull'asse Z. Quindi calibrare con precisione le coordinate X e Y, per evitare disallineamenti tra i due ugelli. Ora, impostare la pressione di stampa a 20-25 kilopascal per l'idrogel a base di acrilammide e a 10-15 kilopascal per l'idrogel a base di N-isopropilacrilammide.

Ripetere i passaggi dopo che ogni campione è stato completamente stampato, per stampare quello successivo. Prima della fotopolimerizzazione UV, iniettare gli inchiostri ferrogel sensibili al campo magnetico nell'area del foro sottile mirata della pinza morbida stampata in 3D utilizzando una siringa. Dopo l'iniezione del ferrogel, posizionare la struttura della pinza all'interno di una camera della sorgente UV, avente una lunghezza d'onda di 365 nanometri, per sei minuti.

Dopo la fotopolimerizzazione UV, trasferire la struttura della pinza a bagnomaria deionizzata, per almeno 24 ore, fino a raggiungere uno stato di equilibrio completamente gonfio. La pinza ibrida morbida ha eseguito un compito di pick and place tramite azionamento termoreattivo e locomozione magnetica. Quando la temperatura aumentava al di sopra della temperatura critica inferiore della soluzione, o LCST, l'idrogel a base di N-isopropilacrilammide si gonfiava e si riduceva, chiudendo la punta della pinza.

Al contrario, la punta della pinza si apriva quando la temperatura diminuiva al di sotto dell'LCST, a causa del gonfiore dell'idrogel a base di N-isopropilacrilammide. La pinza ha anche dimostrato un'attività di pick and place all'interno di un labirinto di campioni stampato in 3D pieno di acqua deionizzata. La pinza, nella sua punta aperta, era guidata da un magnete esterno dalla sua posizione di partenza alle uova di salmone bersaglio.

Quando la temperatura ha raggiunto i 40 gradi Celsius, la punta della pinza si è chiusa per afferrare le uova di salmone. La pinza è stata guidata fuori dal labirinto mentre teneva le uova di salmone e ha rilasciato con successo le uova di salmone intatte nell'area bersaglio in uno stato aperto di punta, a temperatura ambiente di 25 gradi Celsius. È necessario prestare attenzione sperimentale durante la calibrazione dei punti di coordinate tra i due ugelli.

Questo processo richiede molta pratica. Questo protocollo specifico fornisce le basi per ulteriori progressi significativi nella realizzazione di robot morbidi intelligenti, altamente sensibili e multifunzionali controllabili con precisione, altamente sensibili e multifunzionali.