זהו הדו"ח הראשון על פיגומים הידרוג'ל ננו-תאיים מודפסים בתלת-ממד שבהם יש לנו מבנה נקבוביות הדרגתי ומאפיינים מכניים לחקות מבנים טבעיים כסחוס. שני היתרונות העיקריים של שימוש בטכניקות הדפסה בתלת-ממד הם התאמה אישית וחופש עיצוב. זה פותח הזדמנות בלתי מוגבלת של המצאת עיצובים גיאומטריים חדשים שלא נחקרו.
פרוטוקול זה ידידותי למשתמש, וחדשים יכולים לשחזר בקלות את התוצאות. לבחירת תוכנת הניתור ולתנועת הזרבובית יש השפעה משמעותית על המוצר הסופי. כדי להתחיל, להכין 40 מיליליטר של דיו הידרוג'ל על ידי ערבוב 11% לפי משקל CNC, 6% לפי משקל נתרן אלגינט, ו 12% על ידי ג'לטין משקל במיכל.
מחממים את התערובת ל-40 מעלות ומערבבים עם מרית עד לקבלת משחה חלקה. מעבירים את התערובת למזרק 60 מיליליטר. לאחר מכן, בעזרת מהדק מכני, להעביר את התערובת דרך סדרה של חרירים עם קטרים שונים לתוך מזרק נוסף 60 מיליליטר.
חזור על התהליך עד שהושגו תריסים מובלטים בצורה חלקה של דיו הידרוג'ל. בעדינות צנטריפוגה המזרק מלא דיו הידרוג'ל ב 4, 000 פעמים g כדי להסיר אוויר לכוד. מתוך כרטיס ה-SD, בחרו בקבצים שנשמרו עבור פיגומים אחידים ונקבוביות הדרגתיות, והתחלו להדפיס.
במידת הצורך, התאימו את המהירות ואת קצב הזרימה בהתאם. כדי להצליב את הפיגום לאחר השלמת ההדפסה בתלת-ממד, הוסיפו בעדינות טיפות של 3% לפי משקל תוסף סידן כלורי לפיגום עד שהוא נרטב לחלוטין. חכה חמש דקות.
בזהירות רבה להעביר את הפיגום ממיטת המדפסת למיכל 50 מיליליטר מלא 3% על ידי פתרון סידן כלוריד משקל. תשאיר את זה ללילה. לשטוף ביסודיות עם מים מזוקקים, ולהעביר את הפיגום למיכל 50 מיליליטר מלא 3% על ידי פתרון גלוטארלדהיד משקל.
תשאיר את זה ללילה. יש לשטוף היטב ולאחסן את הפיגום המודפס בתלת-ממד במים מזוקקים. לבדיקת דחיסה, מלאו את המיכל המצויד בצלחת בסיס דחיסה תת-מומרת בשני ליטרים של מים, והתחלו את מערכת החימום להגיע ל-37 מעלות צלזיוס.
אתחל את תוכנת Bluehill Universal והגדר את שיטת הבדיקה. בחרו גיאומטריית דגימה מלבנית ובחרו באפשרות להזין ממדים לפני בדיקת כל דגימה. הגדר את קצב המתח לשני מילימטרים לדקה וסוף התוצאה כזן דחיסה של 80% יחד עם כוח של 90 ניוטון.
באזור 'מדידה', בחרו 'כוח', 'עקה', 'לחץ דחיסה' ו'זן דחיסה'. בחר באפשרות לייצא נתונים כקבצי טקסט להתווה עתידי. הגדר את נקודת הארכת האפס באמצעות פקדי ריצה כדי להוריד את לוחית הצומת קרוב ככל האפשר לצלחת הבסיס.
למדוד ולתרשם את ממדי הדגימות שיש לבדוק. כאשר טמפרטורת המים מגיעה ל -37 מעלות צלזיוס, מניחים את המדגם על צלחת הבסיס. אבטח את הדגימה על-ידי הזזת לוחית הכוונת כך שהיא תתחיל לגעת בדגימה.
להזיז את אמבט המים למעלה, כך הצלחות עם המדגם ביניהם שקועים במים. הזן את השם והממדים לדוגמה והתחל את הבדיקה. לאחר השלמת הבדיקה, תחילה להזיז את אמבט המים למטה, ולאחר מכן להעלות את צלחת crosshead.
הסר את הדגימה ואת חתיכותיה, אם בכלל, לנקות את שתי הצלחות, טען מדגם חדש. לאחר שכל הדגימות נבדקות, יצא את הנתונים הגולמיים. מתח דחיסה עלילה לעומת עקומות זן דחיסה, ולקבוע את מודולוס משיק דחיסה בערכי זן של אחד עד 5%ו 25%-30% CNCs מבוססי ננו קומפוזיט הידרוג'ל דיו מראה התנהגות חזקה שאינה ניוטונית גזירה דילול עם חמישה סדר גודל ירידה של צמיגות לכאורה.
דיו הידרוג'ל מציג התנהגות מוצקה ויסקולסטית, כמו מודולוס אחסון הוא סדר גודל גדול יותר מודולוס הפסד בלחץ גזירה נמוך. בשיעורי זן נמוכים של אחד עד 5% מודולוס דחיסה דומה עבור כל סוגי פיגומים נקבוביים בהשוואה פיגום התייחסות ללא נקבוביות, מראה כי האופי האלסטי של דיו הידרוג'ל נשמר גם בנוכחות מקרופורים. עם זאת, בשיעורי זן גבוהים של 25 עד 30% המודולוס הגבוה ביותר מתקבל עבור פיגום הייחוס ללא נקבוביות.
ברגע שגודל הנקבוביות גדל, המודולוס פוחת עקב הירידה בצפיפות, מה שמצביע על הקשר הצפוי בין נקבוביות הפיגומים לבין המאפיינים המכניים המתאימים. יתר על כן, מודולוס דחיסה של פיגומים הידרוג'ל 3D עולה ככל שקצב הדחיסה עולה, מציג ומחקה את צמיגות של רקמות הסחוס הטבעי. הומוגני ואת הזרימה המתמשכת של הדיו במהלך הדפסה 3D הם הדברים החשובים ביותר.
שיטה זו תשמש את החוקרים להתרחב לאזורי יישום אחרים באמצעות הידרוג'ל nanocellulose כפלטפורמה להדפסה 3D. לדוגמה, פיתחנו כבר היברידיות מבוססות nanocellulose לשחרור תרופות מבוקרות בעקבות אותו הליך.
