コンデンサエッジ効果を持つハイドロゲルの3Dプリント

コンデンサエッジ効果を持つハイドロゲルの3Dプリント
寄稿者: Shang Zhentao、Tian Xiaoyong

ここ数十年で、細胞培養、組織工学、ソフトロボット、イオンデバイスへのハイドロゲルの応用は飛躍的に進歩しました。既存のハイドロゲル 3D 印刷技術では、ハイドロゲル前駆体および印刷されたハイドロゲル構造の物理的および化学的特性にかなりの制限があります。

西安交通大学の王鉄軍氏のチームは、コンデンサエッジ効果(PLEEC)を使用して100μmの解像度でハイドロゲル液体をパターン化する新しい方法を提案し、パターン化とスタッキングのプロセスを組み合わせることで完全なハイドロゲル3D印刷システムを確立しました。図1は、この技術の原理を模式的に示したものです。コンデンサエッジ効果を利用することで、さまざまな特性を持つハイドロゲルを製造でき、さまざまなメカニズムで材料を架橋・固化できるため、既存技術の限界を克服できます。


図1 PLEECの原理:誘電体層で分離された非対称コンデンサ 図2は、2次元ハイドロゲル前駆体パターンの重合と層ごとの積み重ねによる3D構造を示しています。実験では、液体パターン形成時間は約10秒、重合時間は約102秒で、既存のデジタル光処理(DLP)ステレオリソグラフィー3D印刷技術の速度にほぼ匹敵し、高い成形効率を備えています。


図 2 PLEEC のハイドロゲル印刷プロセス (A、B) パターン形成プロセス (C) ハイドロゲル重合プロセス (D) 印刷リセットプロセス 研究者らは、図 3 に示すように、機械モジュール、PLEEC パネル、溶液添加ユニット、硬化プラットフォーム、硬化ユニット、電源、制御モジュールの 7 つの部分で構成されるハイドロゲル 3D 印刷システムを設計しました。


図3 PLEECハイドロゲル3D印刷システム (A) システム概略図 (B) 印刷システムの写真 研究者らは、x方向とy方向の3つのライン形成ピクセルを使用してハイドロゲル構造を印刷し、ハイドロゲル溶液ラインを2方向に重合して交互に積み重ね、足場構造を持つハイドロゲル固体を形成し、図4に示すようにさまざまなタイプの構造を印刷しました。


図4 図4 PLEECシステムで印刷されたハイドロゲル構造 (A) 足場構造 (B) (C) 変形可能な手形ハイドロゲル複合材料 (D) 弾性LED導電テープ (E) ソフトLEDディスプレイデバイス この技術は、異なる物理的または化学的特性を持つさまざまなハイドロゲルを印刷でき、さまざまなハイドロゲル材料を構成してハイドロゲル複合材料を形成し、ハイドロゲル足場、温度感受性ハイドロゲル複合材料、高整合性イオンハイドロゲルディスプレイデバイスの3D印刷を実現し、マルチマテリアルコンポーネントと複雑な幾何学的構造を使用したハイドロゲルの迅速なプロトタイピングのための新しい手段を提供します。

参考文献:
Wang J、Lu T、Yang M、他「コンデンサエッジ効果によるハイドロゲル3Dプリンティング[J]」。Science advances、2019、5(3)​​:eaau8769。

寄稿者: Shang Zhentao、Tian Xiaoyong 寄稿部署: 機械製造システム工学国家重点研究室

静電容量、コンデンサ、容器、ハイドロゲル、セル

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