자극반응형 하이드로겔 기반 소프트 로봇의 4차원 프린팅

제시된 프로토콜은 다양한 애플리케이션을 위한 지능적이고 형태 변형 가능한 소프트 로봇 시스템을 실현하기 위한 새로운 방향을 제공할 것으로 기대됩니다. 4D 시간 종속 프린팅 프로세스는 밀리미터에서 센티미터까지 다양한 크기 범위의 다양한 자극 반응형 소프트 로봇을 만들 수 있습니다. 이 4D 바이오프린팅 기술은 의료 공학에서 표적 약물 전달, 미세 수술 및 덜 침습적인 생검으로 확장될 수 있습니다.

텍스트 전용 정보는 독자에게 모호함을 줄 수 있으므로 의도한 결과를 얻으려면 시각적 데모가 필수적입니다. 비자극반응형 아크릴아마이드계 하이드로겔 잉크를 제조하기 위해, 아크릴아마이드, 가교제, 및 광개시제를 자석교반기를 이용하여 탈이온수에 24시간 동안 희석한다. 자극 반응형 N-이소프로필아크릴아미드계 하이드로겔 잉크를 제조하기 위해, 묽은 N-이소프로필아크릴아미드, 프로필 N-이소프로필아크릴아미드, 및 광개시제를 탈이온수에서, 자기 교반기를 사용하여 24시간 동안 희석하였다.

그런 다음 아크릴 아미드 겔과 N- 이소 프로필 아크릴 아미드 겔에 염료를 첨가하고 전단제 인 Laponite RD를 분당 1150 회전 또는 최소 6 시간으로 완전히 희석 될 때까지 소용돌이시킵니다. 그런 다음 텍스트에 제공된 지침에 따라 하이드로겔 잉크를 준비합니다. 페로겔 잉크를 제조하기 위해, 먼저, 텍스트에 기재된 프로토콜에 따라 용액 A 및 용액 B를 준비한다.

중합을 수행하려면 200 마이크로 리터의 A 용액과 5 마이크로 리터의 B 용액을 마이크로 원심 분리 튜브에 옮기고 혼합물을 20 초 동안 와동시킵니다. 슬라이서 소프트웨어를 사용하여 그리퍼 설계를 최적화하여 이전에 생성된 각 구조에 대한 G 코드를 생성합니다. 레이어 높이를 0.4mm로 지정합니다.

75 %의 충전 밀도 및 초당 10mm의 인쇄 속도. 이중 프린트 헤드를 사용하여 G 코드 파일을 편집합니다. G 코드 파일을 3D 프린터에 연결하기 전에 안전한 디지털 또는 SD 카드에 저장합니다.

아크릴아미드 기반 및 N-이소프로필아크릴아미드 기반 하이드로겔 카트리지를 각 노즐에 연결한 후 카트리지의 두 프린트 헤드가 Z축의 동일한 위치에 있는지 확인합니다. 그런 다음 X 및 Y 좌표를 정확하게 보정하여 두 노즐 간의 정렬 불량을 방지합니다. 이제 아크릴아미드계 하이드로겔의 경우 인쇄 압력을 20-25킬로파스칼로, N-이소프로필아크릴아미드계 하이드로겔의 경우 10-15킬로파스칼로 설정합니다.

각 샘플이 완전히 인쇄된 후 단계를 반복하여 다음 샘플을 인쇄합니다. UV 광경화 전에 주사기를 사용하여 자기장 반응성 페로겔 잉크를 3D 프린팅된 소프트 그리퍼의 표적 얇은 구멍 영역에 주입합니다. 페로겔을 주입한 후, 그리퍼 구조를 365나노미터의 파장을 갖는 UV 소스 챔버 내부에 6분 동안 놓는다.

UV 광 경화 후, 그리퍼 구조가 완전히 부풀어 오른 평형 상태에 도달할 때까지 최소 24시간 동안 탈이온수 수조로 옮깁니다. 소프트 하이브리드 그리퍼는 열 반응성 작동 및 자기 이동을 통해 픽 앤 플레이스 작업을 수행했습니다. 온도가 더 낮은 임계 용액 온도 또는 LCST 이상으로 증가하면 N- 이소 프로필 아크릴 아미드 기반 하이드로 겔이 팽창하고 수축되어 그리퍼 팁이 닫힙니다.

대조적으로, 온도가 LCST 이하로 감소했을 때 그리퍼 팁이 열리는데, 이는 N-이소프로필아크릴아미드계 하이드로겔의 팽윤으로 인한 것이다. 그리퍼는 또한 탈이온수로 채워진 3D 프린팅 샘플 미로 내부에서 픽 앤 플레이스 작업을 시연했습니다. 팁이 열린 상태에서 그리퍼는 시작 위치에서 대상 연어 알까지 외부 자석에 의해 안내되었습니다.

온도가 섭씨 40도에 도달하면 그리퍼의 끝이 닫히고 연어 알을 잡습니다. 그리퍼는 연어알을 잡고 미로 밖으로 안내되어 온전한 연어알을 섭씨 25도의 실온에서 열린 상태로 대상 부위에 성공적으로 방출했습니다. 두 노즐 사이의 좌표점을 보정하는 동안 실험적 주의를 기울여야 합니다.

이 과정에는 많은 연습이 필요합니다. 이 특정 프로토콜은 정밀하게 제어 가능하고 고감도 및 다기능 스마트 자극 반응형 소프트 로봇의 실현에서 더욱 중요한 발전을 위한 토대를 제공합니다.