光に反応する新しい3Dプリントの動的材料

出典: 3Dプリンティングビジネス情報

複数の機関にまたがる研究チームが、光と闇に動的に反応するポリマー特性を持つ新しい合成材料を開発した。この材料は自然界に見られる動的特性に似ており、3D 印刷やその他の製造やリサイクルなど、さまざまな用途に使用できる可能性がある。オーストラリアのクイーンズランド工科大学（QUT）、ベルギーのゲント大学（UGent）、ドイツのカールスルーエ工科大学（KIT）のチームが、環境刺激（この場合は緑色のLED光と暗闇）に反応して可逆的なポリマー特性を持つ合成材料を開発した。

この新しい種類の合成材料は、明暗の条件に応じて変化する動的特性を持っています。光に反応する材料はこれまでにも発明されていますが、研究グループによると、この材料は光が化学結合を切断するのではなく安定化させるきっかけとして使用される点でユニークです。このため、研究チームはこの新素材に「光安定性動的材料 (LSDM)」という新しい名前を付けました。

「我々はLSDMを3Dプリント業界に全く新しい素材として導入したい」と、クイーンズ工科大学で研究が進められていた当時研究に携わっていたハンネス・ハウク氏はプレス声明で述べた。

1通常の化学反応の逆<br /> 具体的には、研究者らは、防虫剤に使用されることが知られている化学物質であるナフタレンと、トリアゾール（TAD）と呼ばれる結合分子を使用してこの物質を作成した。研究者らは、材料と刺激の相互作用は化学で通常起こることとは逆であり、材料科学において非常にユニークな研究であるとアメリカ化学会誌に報告している。「通常、ネットワーク構造を形成するポリマー鎖を分解するには、異なる波長の光や追加の熱、強力な化学物質を使用する」と研究者らは書いている。

2つのユニークな反応<br /> しかし、今回のケースでは、研究チームは緑色の LED ライトを使用してグリッドを安定させ、グリッドを分解して崩壊させ、流れ去らせる「穏やかな」トリガーを使用した。この「暗闇」は、グリッドを安定させるのに非常に効果的である。「光が再び点灯されると、材料は再び硬化し、強度と安定性を維持した」と研究者らは記している。

「これは、不均衡な化学システムと呼ばれるものです」と研究者らは論文で説明している。「緑色光の一定したエネルギーが化学システムをこの束縛された形に保ち、平衡を崩します。光を遮断すると、システムは緩和された最低エネルギー状態に戻ります。」研究者らは、スイッチをパチッと押すだけで、材料の硬い状態から柔軟な状態への遷移を繰り返すことができ、光を弱めて材料の機械的特性を調整できると述べている。

3. 光安定性支持体を使用する<br /> この材料の用途には、一時的に簡単に取り外し可能なサポート足場を印刷するための3D印刷インクとしての使用が含まれ、これにより、現在は典型的な層ごとの製造プロセスによって制限されている、自由に吊り下げられた構造の印刷が容易になると研究者らは述べている。

「橋のようなものを 3D プリントする場合、設計とプリントのプロセス中に別のものをサポートとして使用し、その後でそれを取り除きます」と、QUT の高分子化学者でクリストファーバーナー教授の Kowollik 氏は言います。「光安定性ダイナミックインクを足場として使用すれば、光の下で 3D プリントし、その後光を消して足場インクを流すことができます。LSDM のもう 1 つの潜在的な用途は、細胞生物学研究のツールとしての使用です。生物学者はこれを、細胞を傷つけずに光変調で変更できる細胞表面サポートとして使用します。」

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