پژوهشگران از نانوذرات دو بعدی به عنوان افزودنی جوهر استفاده کردند تا خواص فیزیکی نظیر ویژگی‌های رئولوژیک جوهر را به گونه‌ای اصلاح کنند که بتوان از آن برای چاپ ساختارهای پیچیده استفاده کرد.
نانوذرات به عنوان افزودنی در جوهرهای چاپ سه‌بعدی استفاده شدند
چاپ سه‌بعدی جامدات زیستی مبتنی بر اکستروژن، یا «چاپگر زیستی»، یک رویکرد امیدوارکننده برای تولید بافت مهندسی شده برای پیوند به بیمار است. با این حال، یک چالش بزرگ در چاپ زیستی این است که بیشتر مواد مورد استفاده در حال حاضر تطبیق‌پذیری لازم برای استفاده در طیف وسیعی از کاربردها را ندارند.
فناوری‌جدیدی توسط تیمی از محققان دانشگاه تگزاس توسعه داده شده است که از برهمکنش‌های کلوئیدی نانوذرات برای چاپ هندسه‌های پیچیده‌ای استفاده می‌کند که می‌توانند ساختار بافت و اندام را تقلید کنند. این تیم به رهبری دکتر آخیلش گهاروار در دپارتمان مهندسی پزشکی، محلول‌های کلوئیدی نانوسیلیکاتهای دو بعدی را به عنوان یک فناوری پلت‌فرم برای چاپ ساختارهای پیچیده معرفی کرده‌اند.
نانوسیلیکاتهای دوبعدی، نانوذرات غیرآلی دیسکی شکل با قطر ۲۰ تا ۵۰ نانومتر و ضخامت ۱ تا ۲ نانومتر هستند. این نانوسیلیکات‌ها ساختاری سه‌بعدی توخالی را بالاتر از غلظت معینی در آب تشکیل می‌دهند که به عنوان محلول کلوئیدی شناخته می‌شود.
برخی از چالش‌های عمده در چاپ سه‌بعدی مبتنی بر اکستروژن، ناتوانی در چاپ ساختارهای بلند و پیچیده است، زیرا مواد نرم تحت نیروی گرانش جریان دارند و نمی‌توانند ساختارهای خود نگهدار را تشکیل دهند. برای غلبه بر این چالش‌ها، محققان از نانو سیلیکات‌های کلوئیدی استفاده کردند و آن‌ها را به عنوان یک فناوری پلت فرم برای چاپ زیستی با استفاده از سه رویکرد مختلف مورد استفاده قرار دادند.
در رویکرد اول، محققان یک جوهر متشکل از نانو سیلیکات‌ها و پلیمرهای محلول در آب مانند آگارز، آلژینات، کاپا-کاراگینان، ژلاتین متاکریلویل، پلی‌اتیلن‌گلیکول و N-ایزوپروپیل آکریل آمید و ژلاتین طراحی کرد. این فرمولاسیون منجر به جوهر قابل چاپ خوبی شد.
در رویکرد دوم، این تیم از نانو سیلیکات‌ها به‌عنوان جوهر قربانی‌شونده استفاده کرد، این جوهر برای حذف شدن طراحی شده است و از آن برای طراحی دستگاه‌های میکروسیالی برای مدل‌سازی بیماری در شرایط آزمایشگاهی استفاده شد. این دستگاه‌ها را می‌توان برای کاربردهای مختلف برای شبیه سازی و مطالعه فیزیولوژی عروقی و مکانیک مایعات، مدل‌های بیماری، سازماندهی و عملکرد بافت، مهندسی بافت درمانی، و مدل‌های کشت سلولی سه‌بعدی و غربالگری داروها استفاده کرد.
در رویکرد سوم، محققان از یک ژل نانو سیلیکات کلوئیدی به عنوان حمام پشتیبانی برای چاپ سه‌بعدی با از بین بردن کشش سطحی و نیروهای گرانشی استفاده کردند. طیف وسیعی از ساختارهای پیچیده مانند رگ دوشاخه، استخوان ران، منیسک، مارپیچ دوگانه DNA، قلب و دریچه سه لنگه در داخل حمام پشتیبانی چاپ شد.
گهاروار از محققان این پروژه گفت: «تطبیق‌پذیری نانوسیلیکات‌ها می‌تواند به طور گسترده در زمینه‌های تولید مواد افزودنی، مهندسی بافت، دارورسانی و دستگاه‌های پزشکی مورد استفاده قرار گیرد.»
