Lo zucchero isomalto usato per stampare in 3d le strutture di bioprinting

L’isomalto è un tipo di alcol zuccherino usato per preparare le pastiglie per la gola, ma potrebbe fare molto più del sollievo dal mal di gola – potrebbe aiutare a salvare vite umane. Una delle parti più difficili del bioprinting 3D è lo sviluppo di strutture su cui stampare il tessuto stampato in 3D, ma gli ingegneri dell’Università dell’Illinois hanno scoperto un materiale che si presta molto bene a realizzare strutture stampate in 3D: lo zucchero, in particolare l’isomalto.

L’isomalto idrosolubile e biodegradabile può essere stampato in 3D usando una tecnica chiamata stampa 3D a forma libera, che è essenzialmente in movimento a mezz’aria – lo zucchero si indurisce quando l’aria lo colpisce, permettendogli di mantenere la sua struttura senza un altro strato immediatamente al di sotto. Ciò consente agli ingegneri di stampare delicate reti di filamenti, piuttosto che oggetti solidi.

“Questo è un ottimo modo per creare forme attorno alle quali possiamo modellare materiali morbidi o far crescere cellule e tessuti, quindi l’impalcatura si dissolve”, ha detto Rohit Bhargava, professore di Bioingegneria e direttore del Cancer Center presso l’Università dell’Illinois. “Ad esempio, una possibile applicazione è quella di accrescere i tessuti o studiare i tumori in laboratorio. Le colture cellulari vengono solitamente effettuate su piatti piatti. Questo ci dà alcune caratteristiche delle cellule, ma non è un modo molto dinamico per vedere come un sistema funzioni effettivamente nel corpo. Nel corpo ci sono forme ben definite, e forma e funzione sono strettamente correlate. ”
Lo zucchero è stato stampato in 3D prima, ma è soggetto a bruciare o cristallizzare. Isomalt lo è di meno, come spiegato in un documento dal titolo “Progettazione guidata dal modello e caratterizzazione di un processo di stampa 3D ad alta precisione per il vetro di carboidrati”, a cui puoi accedere qui . I ricercatori hanno costruito una speciale stampante 3D che aveva la giusta temperatura, la pressione e il diametro dell’ugello e la velocità per stampare il materiale senza problemi.

“Dopo i materiali e la meccanica, il terzo componente era l’informatica”, ha dichiarato Matthew Gelber, neo-dottorato e primo autore del giornale. “Hai un progetto di una cosa che vuoi fare; come si dice alla stampante di farcela? Come fai a capire la sequenza per stampare tutti questi filamenti intersecanti in modo che non collassi? ”
I ricercatori dell’Università dell’Illinois hanno collaborato con Greg Hurst di Wolfram Research  per creare un algoritmo per la progettazione di scaffold e la mappatura dei percorsi di stampa.

 

Un vantaggio per le strutture a forma libera stampate in 3D è che possono realizzare tubi sottili con sezioni trasversali circolari, il che non è possibile con la stampa 3D convenzionale. Quando lo zucchero si dissolve, si lascia dietro tubi cilindrici collegati e tunnel che possono agire come vasi sanguigni, trasportando sostanze nutritive nel tessuto o creando canali in dispositivi microfluidici. Inoltre, le proprietà meccaniche di ciascuna parte dell’oggetto possono essere controllate con precisione modificando leggermente i parametri della stampante 3D.

“Ad esempio, abbiamo stampato un coniglio. Potremmo, in linea di principio, cambiare le proprietà meccaniche della coda del coniglio per essere diverso dal retro del coniglio, e tuttavia essere diverso dalle orecchie “, ha detto Bhargava. “Questo è molto importante dal punto di vista biologico. Nella stampa strato per strato, si ha lo stesso materiale e si sta depositando la stessa quantità, quindi è molto difficile regolare le proprietà meccaniche. ”
Bhargava e il suo gruppo stanno usando gli scaffolds di zucchero in una varietà di dispositivi microfluidici e colture cellulari, e stanno lavorando per creare un rivestimento per gli scaffold per controllare quanto rapidamente si dissolvono. Il lavoro pubblicato di recente fa parte di una serie di pubblicazioni basate sul lavoro di tesi di Gelber, che si concentra su come costruire la speciale stampante 3D e creare gli algoritmi necessari per il suo funzionamento. I ricercatori sperano che altri possano usare i loro modelli per costruire stampanti ed esplorare diverse applicazioni per le strutture isomaltiche.

“Questa stampante è un esempio di ingegneria che ha implicazioni a lungo termine per la ricerca biologica”, ha detto Bhargava. “Questa è l’ingegneria fondamentale che si unisce alla scienza dei materiali e all’informatica per rendere un dispositivo utile per applicazioni biomediche”.

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