3D-gedruckte Knochenförmige Geräte ändern Beim Strecken Ihre Farbe
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Der Ansatz könnte verwendet werden, um einfach zu lesende Sensoren oder Zähler zu bauen, um die strukturellen Belastungen eines bestimmten Materials zu messen.

Forscher haben einen dreidimensionalen Drucker verwendet, um Polymerstrukturen zu erzeugen, die beim Strecken ihre Farbe ändern (ACS Appl. Mater. Interfaces 2014, DOI: 10.1021 / am506745m). Der 3-D-Druckansatz kann verwendet werden, um einfach zu lesende mechanische Kraftsensoren zu bauen, die mit Standardmethoden nur schwer oder gar nicht herzustellen sind, so das Team.

Funktionelle Polymere ändern ihre Form oder Zusammensetzung als Reaktion auf Reize wie Licht, Wärme und mechanische Kraft und sind als Sensoren oder in Vorrichtungen zur Arzneimittelabgabe vielversprechend. Es ist jedoch schwierig, solche Materialien unter Verwendung von Standardherstellungstechniken in Geräte zu integrieren. Methoden, die beispielsweise Licht oder Wärme beinhalten, können die funktionelle Reaktion des Materials vorzeitig auslösen.

Daher verwenden Forscher häufig Formen, wenn sie mit funktionellen Polymeren arbeiten. Diese Taktik kann jedoch die Form und Komplexität der endgültigen Struktur einschränken. Um Geräte mit einzigartigen Fähigkeiten zu bauen, betrachtete Andrew J. Boydston von der University of Washington den 3D-Druck als eine leistungsstarke und vielseitige Möglichkeit, funktionelle Polymere zu formen.

Boydston und seine Kollegen wollten einen kommerziellen 3D-Drucker verwenden, um Kraftsensoren zu entwickeln, die beim Dehnen ihre Farbe ändern. Solche Geräte könnten verwendet werden, um die strukturelle Belastung eines bestimmten Materials zu messen oder um zu verfolgen, wie oft das Material einer bestimmten Kraft ausgesetzt ist, sagt er.

Die Forscher entwickelten zunächst ein mechanosensitives Polymer, das von einem handelsüblichen 3D-Drucker extrudiert werden kann, ohne die Farbe zu ändern oder durch Hitze beschädigt zu werden. Sie synthetisierten Polycaprolactonpolymere, die 50 Gew.-% eines Spiropyrans enthielten. Durch Anwenden mechanischer Kraft isomerisiert das Spiropyran zu einem violetten Merocyanin.

Die Forscher verwendeten dann einen 3D-Drucker, um eine hundeknochenförmige Vorrichtung herzustellen, die hauptsächlich aus handelsüblichem Polycaprolacton bestand, jedoch mit einem inneren Streifen des Spiropyran-haltigen Polymers. Wenn sie an einem Ende des Geräts zogen, dehnte es sich und verformte sich dauerhaft, und der Sensorstreifen im Inneren wurde lila.

Um die Fähigkeit des Polymers zu testen, als Sensor zu fungieren, druckten die Forscher ein anderes Gerät, das die maximale Kraft auf das Material aufzeichnen konnte. Sie betteten vier Quadrate Spiropyranpolymer in handelsübliches Polycaprolacton ein. Die Anzahl der Quadrate, bei denen sich die Farbe änderte, hing davon ab, wie stark die Forscher am Gerät gezogen hatten. Durch Notieren der Länge des Geräts und der ausgeübten Kraft konnten die Forscher die ausgeübte Kraft auf die beobachtete Farbänderung kalibrieren. Wenn sie andere Geräte dehnten, konnten sie die Menge der ausgeübten Kraft schnell abschätzen, indem sie einfach die Anzahl der lila Quadrate zählten.

Eine Vorrichtung mit Quadraten eines Polymers, die in ein anderes Material eingebettet sind, wäre mit Formen schwierig herzustellen, sagt Boydston. Der 3D-Drucker erstellt diese Geräte schnell und reproduzierbar, fügt er hinzu.

Charles E. Diesendruck vom Technion-Israel Institute of Technology sagt, dass diese Arbeit Forschern, die Geräte mit mechanisch empfindlichen Polymeren bauen, das Leben erleichtern wird. Die Flexibilität von 3D-Druckern werde es ihnen ermöglichen, mit verschiedenen Arten von funktionellen Polymeren und Geräteformen zu experimentieren.

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