Четырехмерная печать чувствительных к стимулам мягких роботов на основе гидрогеля

Ожидается, что представленный протокол предоставит новые направления для реализации интеллектуальных, формообразуемых, мягких роботизированных систем для различных применений. 4D-процесс печати, зависящий от времени, может создавать разнообразных чувствительных к стимулам мягких роботов с широким диапазоном размеров, от миллиметров до сантиметров. Этот метод 4D-биопечати может быть расширен до целевой доставки лекарств, микрохирургии и менее инвазивной биопсии в области здравоохранения.

Текстовая информация может создать двусмысленность для читателей, поэтому визуальные демонстрации необходимы для достижения намеченных результатов. Чтобы приготовить не реагирующие на стимулы гидрогелевые чернила на основе акриламида, разбавьте акриламид, поперечный линкер и инициатор фото в деионизированной воде с помощью магнитной мешалки в течение 24 часов. Чтобы приготовить чувствительные к стимулам N-изопропилакриламид гидрогелевые чернила, разводят N-изопропилакриламид, пропил N-изопропилакриламид и фотоинициатор в деионизированной воде, используя магнитную мешалку в течение 24 часов.

Затем добавляют краситель к акриламидному гелю и N-изопропилакриламидному гелю и вращают режущий агент, лапонит RD, со скоростью 1150 оборотов в минуту или, по крайней мере, шесть часов, пока они не будут полностью разбавлены. Затем следуйте инструкциям, приведенным в тексте, чтобы приготовить гидрогелевые чернила. Для приготовления феррогельных чернил сначала готовят раствор А и раствор В согласно протоколу, описанному в тексте.

Для проведения полимеризации переложите 200 микролитров раствора А и пять микролитров раствора В в микроцентрифужную трубку и вихрьте смесь в течение 20 секунд. Используя программное обеспечение Slicer, сгенерируйте G-код для каждой структуры, ранее созданной путем оптимизации конструкции захвата. Назначают слой высотой 0,4 мм.

Плотность заполнения 75% и скорость печати 10 миллиметров в секунду. Отредактируйте файл кода G с помощью двух печатающих головок. Сохраните файл G-кода на защищенной цифровой или SD-карте перед подключением к 3D-принтеру.

После подключения гидрогелевых картриджей на основе акриламида и N-изопропилакриламида к соответствующим соплам проверьте, находятся ли две печатающие головки картриджей в одном и том же положении на оси Z. Затем точно откалибруйте координаты X и Y, чтобы избежать перекосов между двумя соплами. Теперь установите печатное давление на уровне от 20 до 25 килопаскалей для гидрогеля на основе акриламида и от 10 до 15 килопаскалей для гидрогеля на основе N-изопропилакриламида.

Повторите шаги после полной печати каждого образца, чтобы напечатать следующий. Перед УФ-фотоотверждением введите феррогелевые чернила, реагирующие на магнитное поле, в целевую область тонкого отверстия 3D-печатного мягкого захвата с помощью шприца. После инъекции феррогеля поместите захватную структуру внутрь камеры источника ультрафиолета, имеющей длину волны 365 нанометров, в течение шести минут.

После УФ-фотоотверждения перенесите структуру захвата на деионизированную водяную баню в течение не менее 24 часов, пока она не достигнет полностью опухшего равновесного состояния. Мягкий гибридный захват выполнял задачу подбора и размещения с помощью термочувствительного привода и магнитного локомоции. Когда температура увеличивалась выше более низкой критической температуры раствора, или LCST, гидрогель на основе N-изопропилакриламида разлагался и сжимался, закрывая наконечник захвата.

Напротив, наконечник захвата открывался, когда температура снижалась ниже LCST, из-за набухания гидрогеля на основе N-изопропилакриламида. Захват также продемонстрировал задачу выбора и размещения внутри 3D-печатного образца лабиринта, заполненного деионизированной водой. Захват, в открытом состоянии кончика, направлялся внешним магнитом из своего начального положения к целевой икре лосося.

Когда температура достигла 40 градусов по Цельсию, кончик захвата закрылся, чтобы схватить икру лосося. Захват был выведен из лабиринта, удерживая икру лосося, и он успешно выпустил неповрежденную икру лосося в целевом районе в открытом состоянии, при комнатной температуре 25 градусов по Цельсию. Необходимо проявлять экспериментальную осторожность при калибровке координатных точек между двумя соплами.

Этот процесс требует большой практики. Этот специфический протокол обеспечивает основу для дальнейших значительных достижений в реализации точно управляемых, высокочувствительных и многофункциональных интеллектуальных мягких роботов, реагирующих на стимулы.