Les ingénieurs de Rutgers ont inventé une méthode « d'impression 4D » pour un gel intelligent qui pourrait conduire au développement de structures « vivantes » dans les organes et les tissus humains, robots mous et administration ciblée de médicaments.

L'approche d'impression 4D consiste ici à imprimer un objet 3D avec un hydrogel (gel contenant de l'eau) qui change de forme avec le temps lorsque les températures changent, dit Howon Lee, auteur principal d'une nouvelle étude et professeur adjoint au Département de génie mécanique et aérospatial de l'Université Rutgers-Nouveau-Brunswick.

L'étude, publié en ligne aujourd'hui dans Rapports scientifiques , démontre rapidement, évolutif, impression 3D haute résolution d'hydrogels, qui restent solides et conservent leur forme malgré la présence d'eau. Les hydrogels sont partout dans nos vies, y compris dans Jell-O, lentilles de contact, les couches et le corps humain.

Le gel intelligent pourrait fournir une rigidité structurelle dans des organes tels que les poumons, et peut contenir de petites molécules comme de l'eau ou des médicaments à transporter dans le corps et à libérer. Cela pourrait également créer un nouveau domaine de la robotique douce, et permettre de nouvelles applications dans les capteurs et actionneurs flexibles, dispositifs biomédicaux et plates-formes ou échafaudages pour la croissance des cellules, dit Lee.

"Le plein potentiel de cet hydrogel intelligent n'a pas été libéré jusqu'à présent, " dit Lee, qui travaille à l'école d'ingénieurs. "Nous y avons ajouté une autre dimension, et c'est la première fois que quelqu'un le fait à cette échelle. Ils sont flexibles, matériaux de morphing de forme. J'aime les appeler des matériaux intelligents."

Les ingénieurs de Rutgers-Nouveau-Brunswick et du New Jersey Institute of Technology ont travaillé avec un hydrogel utilisé depuis des décennies dans des dispositifs qui génèrent des mouvements et des applications biomédicales telles que des échafaudages sur lesquels les cellules se développent. Mais la fabrication d'hydrogel s'est fortement appuyée sur les méthodes conventionnelles, méthodes bidimensionnelles telles que le moulage et la lithographie.

Dans leur étude, les ingénieurs ont utilisé une technique basée sur la lithographie qui est rapide, peu coûteux et peut imprimer une large gamme de matériaux dans une forme 3D. Il s'agit d'imprimer des couches d'une résine spéciale pour construire un objet 3D. La résine est constituée de l'hydrogel, un produit chimique qui agit comme un liant, un autre produit chimique qui facilite la liaison lorsque la lumière le frappe et un colorant qui contrôle la pénétration de la lumière.

Les ingénieurs ont appris à contrôler avec précision la croissance et le retrait de l'hydrogel. À des températures inférieures à 32 degrés Celsius (environ 90 degrés Fahrenheit), l'hydrogel absorbe plus d'eau et gonfle en taille. Lorsque les températures dépassent 32 degrés Celsius, l'hydrogel commence à expulser l'eau et rétrécit. Les objets qu'ils peuvent créer avec l'hydrogel vont de la largeur d'un cheveu humain à plusieurs millimètres de long. Les ingénieurs ont également découvert qu'ils pouvaient faire croître une zone d'un objet imprimé en 3D - en créant et en programmant un mouvement - en modifiant les températures.

"Si vous avez le contrôle total de la forme, alors vous pouvez programmer sa fonction, " Lee a déclaré. "Je pense que c'est le pouvoir de l'impression 3D de matériaux à changement de forme. Vous pouvez appliquer ce principe presque partout."