Os engenheiros da Rutgers inventaram um método de "impressão 4D" para um gel inteligente que pode levar ao desenvolvimento de estruturas "vivas" em órgãos e tecidos humanos, robôs soft e entrega direcionada de drogas.

A abordagem de impressão 4D aqui envolve a impressão de um objeto 3D com um hidrogel (gel contendo água) que muda de forma ao longo do tempo quando a temperatura muda, disse Howon Lee, autor sênior de um novo estudo e professor assistente no Departamento de Engenharia Mecânica e Aeroespacial da Rutgers University-New Brunswick.

O estudo, publicado online hoje em Relatórios Científicos , demonstra rápido, escalável, impressão 3D de alta resolução de hidrogéis, que permanecem sólidos e mantêm sua forma apesar de conterem água. Os hidrogéis estão em toda parte em nossas vidas, incluindo em Jell-O, lentes de contato, fraldas e o corpo humano.

O gel inteligente pode fornecer rigidez estrutural em órgãos como os pulmões, e pode conter pequenas moléculas, como água ou drogas, a serem transportadas no corpo e liberadas. Também pode criar uma nova área de robótica leve, e permitir novas aplicações em sensores e atuadores flexíveis, dispositivos biomédicos e plataformas ou suportes para o crescimento das células, Lee disse.

"Todo o potencial deste hidrogel inteligente não foi liberado até agora, "disse Lee, que trabalha na Escola de Engenharia. "Adicionamos outra dimensão a ele, e esta é a primeira vez que alguém fez isso nesta escala. Eles são flexíveis, materiais que mudam a forma. Gosto de chamá-los de materiais inteligentes. "

Os engenheiros da Rutgers-New Brunswick e do New Jersey Institute of Technology trabalharam com um hidrogel que tem sido usado por décadas em dispositivos que geram movimento e aplicações biomédicas, como suportes para o crescimento das células. Mas a fabricação de hidrogel se baseou fortemente no convencional, métodos bidimensionais, como moldagem e litografia.

Em seu estudo, os engenheiros usaram uma técnica baseada em litografia que é rápida, barato e pode imprimir uma ampla variedade de materiais em uma forma 3D. Envolve a impressão de camadas de uma resina especial para construir um objeto 3D. A resina consiste no hidrogel, um produto químico que atua como um aglutinante, outro produto químico que facilita a ligação quando a luz o atinge e um corante que controla a penetração da luz.

Os engenheiros aprenderam como controlar com precisão o crescimento e a retração do hidrogel. Em temperaturas abaixo de 32 graus Celsius (cerca de 90 graus Fahrenheit), o hidrogel absorve mais água e aumenta de tamanho. Quando as temperaturas excedem 32 graus Celsius, o hidrogel começa a expelir água e encolhe. Os objetos que eles podem criar com o hidrogel variam da largura de um cabelo humano a vários milímetros de comprimento. Os engenheiros também descobriram que podem aumentar uma área de um objeto impresso em 3D - criando e programando o movimento - mudando as temperaturas.

"Se você tiver controle total da forma, então você pode programar sua função, "Disse Lee." Acho que esse é o poder da impressão 3D de materiais que mudam de forma. Você pode aplicar esse princípio em quase todos os lugares. "