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Hydrogele, hydrophile Netzwerke von Polymerketten, die in der Lage sind, eine große Menge Wasser zurückzuhalten, sind in einer Vielzahl von Anwendungen weit verbreitet verwendet worden. Jüngste Fortschritte in hoch dehnbaren Hydrogelen haben ihre Anwendungen in den Bereichen der soft robotics, der transparenten Touchpanels und anderer Anwendungen erweitert, die eine große Verformung erfordern.
Herkömmliche Herstellungsverfahren, die hauptsächlich auf Formgebung und Gießen beruhen, beschränken jedoch aufgrund der begrenzten geometrischen Komplexität und der relativ geringen Fertigungsauflösung den Anwendungsbereich. Neben den jüngsten rasanten Entwicklungen im 3D-Druck wurden auch verschiedene Versuche unternommen, 3D-Druck zur Herstellung von Hydrogelstrukturen mit komplexen Geometrien einschließlich vaskulärer Netzwerke, poröser Gerüste, Meniskusersatzstoffe und anderer zu verwenden. Dennoch haben bestehende 3D-gedruckte Hydrogele keine hohe Druckauflösung, hohe geometrische Komplexität sowie hohe Dehnbarkeit, was sie für viele Anwendungen ungeeignet macht.
Kürzlich haben Forscher der Singapore University of Technology and Design (SUTD), Digital Manufacturing and Design (DManD) Centre und der Hebrew University of Jerusalem (HUJI) eine Familie hochdehnbarer und UV-härtbarer Hydrogele entwickelt, die um bis zu 1300% gedehnt werden können, und sind für UV-härtende 3D-Drucktechniken geeignet. Diese wurden zur Herstellung von Hydrogelstrukturen verwendet, die eine hohe Druckauflösung und eine hohe geometrische Komplexität erfordern. Details dieser Arbeit erschienen in der April 2018 Ausgabe von Journal of Materials Chemistry B und es wurde auch auf der Titelseite vorgestellt.
“Wir haben die dehnbarste 3D-gedruckte Hydrogel-Probe der Welt entwickelt”, sagte der Assistenzprofessor Qi (Kevin) Ge vom SUTD-Cluster für Wissenschaft und Mathematik, der einer der Co-Leiter dieses Projekts ist. Er fügte hinzu: “Die gedruckte Hydrogelprobe kann um bis zu 1300% gedehnt werden. Gleichzeitig ermöglicht die Kompatibilität dieser Hydrogele mit 3D-Drucktechnologie auf Basis digitaler Lichtverarbeitung die Herstellung von Hydrogel-3D-Strukturen mit Auflösungen von bis zu 7 μm komplexe Geometrien.”
“Die gedruckten dehnbaren Hydrogele zeigen eine ausgezeichnete Biokompatibilität, die es uns ermöglicht, Biostrukturen und Gewebe direkt in 3D zu drucken. Die große optische Klarheit dieser Hydrogele bietet die Möglichkeit von 3D-Druckkontaktlinsen. Noch wichtiger ist, dass diese 3D-druckbaren Hydrogele starke Grenzflächenbindungen bilden können Kommerzielle 3D-Druckelastomere, mit denen wir Hydrogel-Elastomer-Hybridstrukturen direkt in 3D drucken können, beispielsweise eine flexible Leiterplatte mit einer leitfähigen Hydrogel-Schaltung, die auf einer Elastomermatrix gedruckt ist”, sagte Professor Ge.
“Insgesamt glauben wir, dass die hoch dehnbaren und UV-härtbaren Hydrogele zusammen mit den UV-härtenden 3D-Drucktechniken die Herstellung von Biostrukturen und Gewebe, Kontaktlinsen, flexibler Elektronik und vielen anderen Anwendungen erheblich verbessern werden”, sagte Professor Shlomo Magdassi der ist ein Co-Leiter dieses Projekts bei HUJI.
