Cercetătorii dezvoltă compuși activați de lumină pentru imprimarea 3D a biomaterialelor avansate
O echipă de cercetători de la Universitatea Tehnică Nanyang din Singapore a dezvoltat o nouă clasă de compuși activați de lumină care ar putea permite aplicații mai sigure și mai versatile în imprimarea 3D, cosmetice și medicină. Compușii, cunoscuți sub denumirea de fotoinițiatori aril diazirină, sunt folosiți pentru solidificarea rășinilor lichide în materiale plastice dure, cu viteză și precizie, prin intermediul luminii.
Fotoinițiatori sunt un ingredient esențial în produse care variază de la adezivii pentru etanșarea componentelor electronice până la hidrogelurile biocompatibile utilizate în inginerie tisulară. La expunerea la lumină, aceștia declanșează o reacție chimică numită polimerizare, care transformă materialele lichide în solide în câteva secunde.
Problema toxicității fotoinițiatorilor convenționali
Cei mai comuni fotoinițiatori, precum oxidul de difenil(2,4,6-trimetilbenzoil)fosfină (TPO) și oxidul de fenilbis(2,4,6-trimetilbenzoil)fosfină (BAPO), au fost identificați ca toxine reproductive, ceea ce creează o nevoie urgentă de alternative mai sigure. Ambii compuși sunt interziși în unele regiuni, inclusiv în Uniunea Europeană, din cauza preocupărilor legate de sănătate. Interdicția a afectat sectorul unghiilor cu gel, care se baza pe TPO pentru o întărire rapidă și fiabilă.
Studiul, publicat în NPG Asia Materials, demonstrează că noii fotoinițiatori aril diazirină nu sunt doar netoxici pentru celulele umane, ci oferă și performanțe superioare, inclusiv o contracție redusă a materialului și compatibilitate cu rășini sustenabile pe bază de apă.
Declarațiile echipei de cercetare
Echipa, condusă de profesorul Terry W. J. Steele de la Școala de Știința și Ingineria Materialelor, a constatat că aril diazirinele sunt un înlocuitor eficient și biocompatibil. „Industria se confruntă cu o provocare majoră, deoarece cei mai eficienți și răspândiți fotoinițiatori sunt eliminați prin reglementări din cauza toxicității. Scopul nostru a fost să dezvoltăm un nou activator care să fie nu doar sigur și biocompatibil, ci să și îmbunătățească performanța materialelor existente. Am creat o soluție care abordează direct problema toxicității, deschizând în același timp noi posibilități pentru inovare”, a declarat Steele.
Avantaje tehnice semnificative
Una dintre descoperirile semnificative ale studiului este capacitatea noilor fotoinițiatori de a reduce contracția care apare în mod obișnuit atunci când o rășină lichidă se întărește. Aril diazirinele eliberează azot gazos în timpul procesului de întărire, o caracteristică ce poate fi reglată pentru a contracara această contracție, ducând la produse finite mai stabile și mai fiabile.
Mai mult, mai mulți dintre acești compuși sunt solubili în apă și lichizi la temperatura camerei. Acest comportament simplifică manipularea și permite utilizarea lor în producția mai ecologică și în aplicații biomedicale sensibile, unde solvenții organici sunt evitați.
„Ceea ce diferențiază cu adevărat noii noștri fotoinițiatori este combinația unică de beneficii. Nu sunt doar netoxici, ci rezolvă și problema de lungă durată a contracției materialului, care este o chestiune critică în domenii de înaltă precizie precum imprimarea 3D și stomatologia. Forma lor lichidă și solubilitatea în apă îi fac incredibil de ușor de utilizat și integrat în sisteme sustenabile pe bază de apă, ceea ce reprezintă un avantaj uriaș pentru industrie”, a adăugat Steele.
Aplicații demonstrate în producție și medicină
Cercetătorii au demonstrat noua tehnologie în mai multe utilizări practice. Aceștia au produs etanșări etanșe „formate la loc” și canale microfluidice imprimate 3D dintr-o rășină sustenabilă pe bază de ulei de soia. Echipa notează că noii compuși sunt promițători și pentru încapsularea celulelor vii și ambalarea alimentelor.
De asemenea, au creat un bioadeziv elastic pentru piele care se poate extinde la mai mult de trei ori și jumătate lungimea sa fără a deteriora pielea subiacentă. Acesta acționează și ca o barieră de protecție pentru cateterele medicale de lungă durată.
Descoperirile deschid calea pentru o nouă generație de materiale întăribile cu lumină, destinate utilizării în producția avansată, biomateriale și chiar electronice purtabile, unde siguranța și performanța sunt esențiale.
„Următorul nostru pas este să reducem decalajul dintre descoperirile noastre de laborator și producția la scară industrială, asigurându-ne că acești activatori siguri pot fi adoptați cu ușurință de parteneri globali”, a declarat Naziruddin Ali, autorul principal al studiului.
