Rutgers Üniversitesi New Brunswick mühendisleri, yumuşak robotlar ve hedeflenen ilaç dağıtımında kullanılabilecek, şekil değiştiren akıllı jel için 4D baskı metodu hazırladılar.
Mekanik, Havacılık ve Uzay Mühendisliği (MAE) Yardımcı Doçent Howon Lee‘ye göre, 4D baskı teknolojisi; sıcaklık arttırıldığında veya azaltıldığında, zamanla 4D baskıya benzeyecek şekilde bir hidrojel ile 3D nesne basar.
Çalışma; ekibin ölçeklenebilir hızlı, yüksek çözünürlüklü hidrojel 3D baskı yöntemini göstermektedir. Araştırmacılar uzun süredir; çevresel koşullara tepki olarak kimyasal veya fiziksel değişiklikler gösteren uyarıcıya tepki veren hidrojellerle ilgili çalışıyorlardı. Videoda da görülebileceği gibi, su içeren bu malzemeler düzgün kalıyor ve şekli değiştirirken bile şekillerini koruyorlar.
Lee: “Şekli tam olarak kontrol edebiliyorsanız, işlevini de programlayabilirsiniz. Biçim değiştiren malzemenin 3D baskısının gücü budur. Bu prensibi neredeyse her yere uygulayabilirsiniz. “
Çalışmada ekip yıllarca; hareket üreten cihazlarda ve iskeletler gibi biyomedikal uygulamalarda kullanılan, sıcaklığa tepki veren, PNIPAAm hidrojel’i kullandı.
Hidrojeller çoğunlukla kalıplama gibi geleneksel 2D yöntemlerle üretilirken; Rutgers mühendisleri, bir dizi malzemeyi 3D şekillere hızlı bir şekilde yazdırabilen, projeksiyonlu mikro-streolitografi (PμSL) adı verilen, ucuz bir litografi tabanlı teknik kullandı. PNIPAAm hidrojel; ışık girişini kontrol eden bir boya; aynı zamanda ışığa maruz kaldığında bağlanmayı kolaylaştıran bir kimyasaldır.
Araştırma ekibi, hidrojelin sıkışmasını ve büyümesini kontrol etmek için sıcak ve soğuk ayarların nasıl kullanılacağını öğrendi. Buna göre de sıcaklıklar; 32° C’yi aştığında, malzeme su çeker ve büzülür, düştüğünde ise su emer ve genleşir.
4D basılı hidrojel nesnelerinin en küçüğü; araştırmacıların oluşturduğu insan saçı genişliğinde birkaç milimetre uzunluğundadır. Öte yandan; sıcaklıkları değiştirilerek, 3D basılı nesnenin sadece bir alanının büyütülebileceği de keşfedildi.
4D basılı akıllı hidrojel; yumuşak robotik, doku mühendisliği, esnek aktüatörler, sensörler ve biyomedikal cihazlar gibi birçok uygulamada kullanılabilir. İnsan organlarında (örneğin akciğerler) dahi yapısal sertlik sağlayabilir ve bilim adamları ilaç ya da su gibi küçük molekülleri; insan vücudunda taşınabilen, doğru yerde salınabilen materyal içerisine sokabilir.
