uma, Uma imagem ilustrativa para um processo típico de escrita direta a laser tridimensional. Um segundo femoto depois foi fortemente focado em um material fotossensível (hidrogel em nosso caso). b, Resultado da fabricação da microestrutura 3D da pilha de madeira. A estrutura da pilha de madeira foi fotografada sob o modo reflexivo em um microscópio confocal Nikon, e o recurso 3D e a resolução submicrométrica foram claramente demonstrados. c, Fabricação e caracterização de uma microestrutura com efeito de memória de forma responsiva à água. Quando o microambiente está cheio de água, a microestrutura irá inchar em octógonos devido às suas propriedades mecânicas. Quando o teor de água no ambiente cai (evapora), os octógonos encolherão em quadrados. Devido à robustez do material, este processo de efeito de memória de forma pode ser revertido várias vezes na escala de micrômetro. Crédito:Haoyi Yu, Haibo Ding, Qiming Zhang, Zhongze Gu, e Min Gu
A fabricação de andaimes de hidrogel com memória de forma não requer apenas biocompatibilidade, resolução do micrômetro, alta resistência mecânica, mas também requer um baixo limiar de polimerização em ambiente de alto teor de água para incorporar microestruturas com tecidos biológicos. Em direção a esse objetivo, Cientistas da China e da Austrália desenvolveram uma nova fórmula de hidrogel que preenche esse objetivo e demonstraram estruturas responsivas à água com um efeito de memória de forma em escala micrométrica. Este trabalho é de grande importância para o desenvolvimento de futuros microdispositivos reversíveis em engenharia biomédica.
A gravação direta a laser tridimensional (3-D) (DLW) baseada na polimerização de dois fótons (TPP) é uma tecnologia avançada para a fabricação de micro e nanoestruturas de hidrogel 3-D precisas para aplicações em engenharia biomédica. Particularmente, o uso de lasers visíveis para o DLW 3-D de hidrogéis é vantajoso porque permite alta resolução de fabricação e promove a cicatrização de feridas. O diacrilato de polietilenoglicol (PEGda) tem sido amplamente utilizado na fabricação de TPP devido à sua alta biocompatibilidade. Contudo, a alta potência do laser exigida no 3-D DLW de microestruturas PEGda usando um laser visível em um ambiente com alto teor de água limita suas aplicações apenas àquelas abaixo do nível de segurança de potência do laser biológico.
Em um novo artigo publicado em Fabricação Avançada Leve , uma equipe de cientistas, liderado pelo Professor Min Gu do Center for Artificial-Intelligence Nanophotonics, Universidade de Xangai para Ciência e Tecnologia, e o Laboratório Estadual de Bioeletrônica, Southeast University, China, e colegas de trabalho do Laboratório de Nanofotônica de Inteligência Artificial, Universidade RMIT, Austrália, desenvolveram uma fórmula para um hidrogel TPP com base em 2-hidroxi-2-metilpropiofenona (HMPP) e o PEGda foi desenvolvido para a fabricação de microestruturas 3-D DLW a uma potência de baixo limiar (0,1 nJ por pulso de laser a uma velocidade de escrita de 10 μm · s -1 ) em um ambiente com alto teor de água (até 79%) usando um feixe de laser verde (535 nm).
Com base nessas excelentes propriedades desta fórmula de hidrogel, uma nova microestrutura com memória de forma 'octógonos em quadrados' foi projetada e fabricada em um ambiente com alto teor de água. Devido ao efeito responsivo do hidrogel à água, a microestrutura pode mudar sua forma junto com a mudança do conteúdo de água no microambiente. Além do mais, a microestrutura também demonstrou uma reversibilidade muito robusta. A fórmula do hidrogel e a microestrutura com memória de forma podem suportar vários tipos de aplicações em engenharia biomédica. Esses cientistas resumem o princípio de que o novo material fotossensível é desenvolvido:
"O PEGda é um material de hidrogel muito típico e tem sido amplamente utilizado em inúmeras aplicações em engenharia biomédica, devido a sua alta biocompatibilidade e não toxicidade aos tecidos biológicos. O fotoiniciador:2-hidroxi-2-metilpropiofenona (HMPP) é um tipo de fotoiniciador muito comumente usado para litgrafia de luz ultravioleta de fóton único, mas não foi usado para fontes de luz visível (verde) em TPP com base em 3- D DLW. Escolhemos este material porque ele pode satisfazer as necessidades do futuro DLW 3-D:resolução de fabricação submicrométrica; forte estabilidade mecânica; alta taxa de polimerização em ambiente com alto teor de água, que irá reduzir a potência de limiar do laser necessária para a fabricação TPP; e suporta comprimento de onda de luz visível como fonte de laser de trabalho. "
"O material apresentado pode ser usado para fabricar várias microestruturas usando DLW 3-D com baixa potência. E será usado em uma ampla gama de cenários de aplicação, por exemplo, podemos fabricar microestruturas com tecido biológico no local, e então controlar as formas da microestrutura usando o efeito de memória de forma. Esta descoberta poderia abrir um novo caminho para microestruturas reversíveis futuras no controle de tecidos biológicos e seria uma plataforma útil para os cientistas estudarem os comportamentos e funções dos tecidos biológicos ”, prevêem os cientistas.
