Een nieuw type 3D-printbaar polymeer, ontwikkeld door onderzoekers van de Universiteit van Virginia, biedt een aanzienlijke vooruitgang in de biocompatibele materiaalwetenschap met potentiële toepassingen variërend van veiligere orgaantransplantaties tot efficiëntere batterijen. De unieke elasticiteit en biologische compatibiliteit van het materiaal pakken de kritische beperkingen aan van bestaande polymeren die worden gebruikt in biomedische en energieopslagtechnologieën.
De uitdaging met de huidige polymeren
Polyethyleenglycol (PEG), een veelgebruikt materiaal bij weefselmanipulatie en medicijnafgifte, lijdt aan broosheid wanneer het tot netwerken wordt gevormd. Traditionele PEG-netwerken, gecreëerd door verknoping in water en daaropvolgende droging, kristalliseren en verliezen hun rekbaarheid en structurele integriteit. Deze stijfheid beperkt het gebruik ervan in grotere, flexibele structuren zoals synthetische organen of dynamische medische implantaten.
Het opvouwbare flessenborstelontwerp
De doorbraak ligt in het aanpassen van een ‘opvouwbaar flessenborstel’-ontwerp, geïnspireerd op de structuur van veerkrachtig rubber. Deze architectuur omvat lange, flexibele zijketens die uitstralen vanuit een centrale ruggengraat, waardoor het materiaal intern lengte kan opslaan als een accordeon. Wanneer ze worden uitgerekt, ontvouwen deze kettingen zich, waardoor een uitzonderlijke elasticiteit ontstaat zonder dat dit ten koste gaat van de sterkte.
Hoe het werkt: stretch op moleculair niveau
Onderzoekers onder leiding van Liheng Cai, universitair hoofddocent materiaalkunde en techniek bij UVA, pasten dit concept toe op PEG. Door een precursormengsel bloot te stellen aan ultraviolet licht, brachten ze de polymerisatie op gang, waardoor een flessenborstel-architectuurnetwerk ontstond. Het resulterende materiaal is zeer rekbaar, 3D-printbaar en behoudt zijn integriteit onder belasting.
Biocompatibiliteit en medische toepassingen
Het nieuwe materiaal vertoont een uitstekende biocompatibiliteit. Celculturen naast het polymeer vertoonden geen nadelige effecten, wat de geschiktheid ervan voor interne medische toepassingen bevestigt, zoals orgaansteigers of systemen voor gecontroleerde medicijnafgifte. Deze compatibiliteit is cruciaal voor het verminderen van immuunafstoting en het garanderen van implantaatveiligheid op de lange termijn.
Potentieel voor energieopslag
Naast biomedische toepassingen vertoont het polymeer veelbelovende eigenschappen voor geavanceerde batterijtechnologieën. Vergeleken met bestaande vaste-stof-polymeerelektrolyten vertoont het nieuwe materiaal een superieure elektrische geleidbaarheid en rekbaarheid bij kamertemperatuur. Deze combinatie zou kunnen leiden tot efficiëntere, flexibelere en duurzamere batterijen.
Toekomstig onderzoek en ontwikkeling
Onderzoekers onderzoeken de combinatie van het polymeer met andere materialen om 3D-printbare composieten te creëren met op maat gemaakte chemische samenstellingen. Dit opent mogelijkheden voor het maken van op maat gemaakte implantaten, flexibele sensoren of hoogwaardige energieopslagapparaten. Het team blijft onderzoek doen naar de uitbreiding van het onderzoek naar solid-state batterijtechnologieën.
Deze doorbraak komt tegemoet aan een cruciale behoefte aan biocompatibele, rekbare materialen, waardoor de weg wordt vrijgemaakt voor veiligere en effectievere medische technologieën en geavanceerde oplossingen voor energieopslag
