In 3D gel thông minh biến đổi hình dạng

Các kỹ sư tại trường Đại học Rutgers - New Brunswick và Viện Công nghệ New Jersey đã phát minh ra phương pháp "in 4D" gel thông minh, có thể dẫn đến sự ra đời của những cấu trúc "sống" trong các cơ quan và mô người, robot mềm và hệ thống phân phối thuốc theo mục tiêu.

Howon Lee, đồng tác giả nghiên cứu cho biết, phương pháp in 4D liên quan đến thao tác in đồ vật 3D bằng hydrogel (gel chứa nước) biến hình theo thời gian khi nhiệt độ thay đổi. Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí trực tuyến Scientific Reports, chứng minh hydrogel được in 3D với độ phân giải cao, tốc độ nhanh và có triển vọng mở rộng quy mô, vẫn giữ ở trạng thái rắn và duy trì hình dạng dù chúng chứa nước. Hydrogel có mặt khắp mọi nơi trong cuộc sống như trong Jell-O, kính áp tròng, bỉm và cơ thể con người.

Gel thông minh cũng mở ra một lĩnh vực mới chế tạo robot mềm và có các ứng dụng mới cho cảm biến dẻo.

Gel thông minh có thể tạo độ cứng cho cấu trúc của các cơ quan như phổi và chứa các phân tử nhỏ như nước hoặc thuốc để được vận chuyển và giải phóng bên trong cơ thể. Gel thông minh cũng mở ra một lĩnh vực mới chế tạo robot mềm và có các ứng dụng mới cho cảm biến dẻo và bộ truyền động, thiết bị y sinh và nền tảng hoặc khung cho tế bào phát triển.

Các nhà khoa học đã nghiên cứu loại hydrogel được sử dụng nhiều thập kỷ qua trong các thiết bị tạo chuyển động và các ứng dụng y sinh. Nhưng việc sản xuất hydrogel chủ yếu dựa vào các phương pháp 2D thông thường như đúc và in thạch bản.

Trong nghiên cứu, các nhà khoa học đã sử dụng kỹ thuật in thạch bản tốc độ nhanh, chi phí thấp và có thể in rất nhiều vật liệu ở dạng 3D. Kỹ thuật liên quan đến việc in các lớp nhựa đặc biệt để tạo ra đồ vật 3D. Nhựa này bao gồm hydrogel, một hóa chất đóng vai trò là chất kết dính, một hóa chất khác thúc đẩy liên kết khi có tác động của ánh sáng và thuốc nhuộm kiểm soát sự thâm nhập của ánh sáng.

Nhóm nghiên cứu đã tìm hiểu phương thức kiểm soát chính xác khả năng mở rộng và co lại của hydrogel. Ở nhiệt độ dưới 32^oC, hydrogel hấp thụ nhiều nước hơn và mở rộng kích thước. Khi nhiệt độ vượt quá 32^oC, hydrogel bắt đầu đẩy nước ra và co lại. Các đồ vật được tạo ra từ hydrogel có chiều dài dao động từ bằng chiều rộng sợi tóc đến vài milimét. Các kỹ sư cũng nhận thấy hydrogel có triển vọng mở rộng lĩnh vực đồ vật in 3D - tạo và lập trình chuyển động bằng cách thay đổi nhiệt độ.