Impressão quadridimensional de robôs macios à base de hidrogel responsivos a estímulos

Espera-se que o protocolo apresentado forneça novas direções para a realização de sistemas robóticos inteligentes, transformáveis e macios para várias aplicações. O processo de impressão 4D dependente do tempo pode criar diversos robôs macios responsivos a estímulos, com uma ampla faixa de tamanho, de milímetros a centímetros. Esta técnica de bioimpressão 4D pode ser estendida para a entrega de medicamentos direcionados, microcirurgia e biópsia menos invasiva em engenharia de saúde.

Informações somente de texto podem criar ambiguidade para os leitores, portanto, demonstrações visuais são essenciais para ajudar a alcançar os resultados pretendidos. Para preparar as tintas de hidrogel à base de acrilamida não responsivas a estímulos, dilua a acrilamida, o reticulante e o fotoiniciador em água deionizada usando um agitador magnético por 24 horas. Para preparar os estímulos responsivos tintas de hidrogel à base de N-isopropilacrilamida, diluir N-isopropilacrilamida, propil-N-isopropilacrilamida e o fotoiniciador, em água deionizada, usando um agitador magnético por 24 horas.

Em seguida, adicione corante ao gel de acrilamida e ao gel de N-isopropilacrilamida e martele o agente de cisalhamento, Laponita RD, a 1150 rotações por minuto, ou pelo menos seis horas, até que estejam completamente diluídos. Em seguida, siga as instruções fornecidas no texto para preparar a tinta de hidrogel. Para preparar as tintas ferrogel, primeiro, prepare a solução A e a solução B de acordo com o protocolo descrito no texto.

Para realizar a polimerização, transfira 200 microlitros da solução A e cinco microlitros da solução B para um tubo de microcentrífuga e vortexe a mistura por 20 segundos. Usando o software Slicer, gere um código G para cada estrutura previamente criada pela otimização do design da garra. Atribua uma altura de camada de 0,4 milímetros.

Uma densidade de preenchimento de 75%E uma velocidade de impressão de 10 milímetros por segundo. Edite o arquivo de código G usando cabeças de impressão duplas. Salve o arquivo de código G em um cartão digital ou SD seguro antes de conectá-lo à impressora 3D.

Depois de conectar os cartuchos de hidrogel à base de acrilamida e à base de N-isopropilacrilamida aos respectivos bicos, verifique se as duas cabeças de impressão dos cartuchos estão na mesma posição no eixo Z. Em seguida, calibre as coordenadas X e Y com precisão, para evitar desalinhamentos entre os dois bicos. Agora, defina a pressão de impressão em 20 a 25 kilopascal para o hidrogel à base de acrilamida e em 10 a 15 kilopascal para o hidrogel à base de N-isopropilacrilamida.

Repita as etapas depois que cada amostra for completamente impressa para imprimir a próxima. Antes da fotocura UV, injete as tintas ferrogel responsivas ao campo magnético na área de furo fino alvo da garra macia impressa em 3D usando uma seringa. Após a injeção do ferrogel, coloque a estrutura da garra dentro de uma câmara fonte UV, com um comprimento de onda de 365 nanômetros, por seis minutos.

Após a fotocura UV, transfira a estrutura da garra para um banho de água deionizado, por pelo menos 24 horas, até atingir um estado de equilíbrio totalmente inchado. A garra híbrida macia executou uma tarefa de escolha e colocação por meio de atuação termicamente responsiva e locomoção magnética. Quando a temperatura aumentava acima da temperatura crítica mais baixa da solução, ou LCST, o hidrogel à base de N-isopropilacrilamida inchava e encolheu, fechando a ponta da garra.

Em contraste, a ponta da garra se abriu quando a temperatura diminuiu abaixo do LCST, devido ao inchaço do hidrogel à base de N-isopropilacrilamida. A garra também demonstrou uma tarefa de pegar e colocar dentro de um labirinto de amostras impresso em 3D cheio de água deionizada. A garra, em seu estado de ponta aberta, foi guiada por um ímã externo de sua posição inicial até as ovas de salmão alvo.

Quando a temperatura atingiu 40 graus Celsius, a ponta da garra se fechou para segurar as ovas de salmão. A garra foi guiada para fora do labirinto enquanto segurava as ovas de salmão, e liberou com sucesso as ovas de salmão intactas na área alvo em um estado aberto de ponta, à temperatura ambiente de 25 graus Celsius. Cuidados experimentais devem ser tomados ao calibrar os pontos de coordenadas entre os dois bicos.

Esse processo requer muita prática. Este protocolo específico fornece as bases para novos avanços significativos na realização de robôs macios precisamente controláveis, altamente sensíveis e multifuncionais responsivos a estímulos inteligentes.