Inchiostri per bio-stampa 3D a base di cellulosa per impianti e protesi umane

Alcuni ricercatori dei laboratori federali svizzeri di  scienza  dei materiali tecnologia (Empa) hanno sviluppato un inchiostro rispettoso dell’ambiente per la stampa 3D costituita da nanocristalli di cellulosa. Il materiale può essere utilizzato per rendere dispositivi biomedici con eccezionali proprietà meccaniche. Nonostante sia ora in mezzo ad un emozionante progetto di ricerca biomedica, i ricercatori di Empa Gilberto Siqueira e Tanja Zimmerman  si sono concentrati per oltre un anno sui motori piu’ che sulla medicina  per creare componenti per automobili e altre parti pesanti con materiali di stampa a base di legno, ma solo ultimamente hanno capito che la loro ricerca puo’ essere applicata al corpo umano in modo molto piu’ vantaggioso

I ricercatori di Empa dicono di aver sviluppato un nuovo inchiostro di stampa 3D ecologico, realizzato in nanocristalli di cellulosa (CNC) -cellulosa, sostanza riempita di glucosio, che è uno dei componenti principali del legno. Naturalmente, la cellulosa in legno non sempre assume la forma di cristalli. Per ottenere le parti cristalline, i ricercatori devono trovare aree in cui le fibrille di cellulosa (fibre piccole e sottili ) presentino una struttura più ordinata. “I luoghi con un grado di ordine più elevato appaiono in una forma più cristallina”, ha spiegato Siqueira. “E sono queste sezioni che possiamo purificare con l’acido di cui abbiamo bisogno per la nostra ricerca”.

Una volta che questa purificazione con l’acido è stata fatta, il risultato sono i nanocristalli di cellulosa, minuscole strutture ad asta lughe 120 nanometri con un diametro di 6,5 nanometri.

I nanocristalli in inchiostri 3D erano gia stati usati anche prima, ma di solito in piccole quantità, portando il contenuto CNC totale a circa al 2,5 per cento . I ricercatori di Empa, tuttavia, stavano cercando di sviluppare qualcosa di molto più concentrato, con un contenuto CNC almeno del 20 per cento per aumentarne la consistenza e renderlo bio-stampabile “La sfida più grande è stata quella di raggiungere una consistenza elastica viscosa che potrebbe anche essere compressa attraverso gli ugelli delle stampanti 3D”, ha detto Siqueira.

Dopo essere stato stampato e poi indurito con radiazioni UV, il CNC incrociato con un polimero, tende ad allinearsi quasi perfettamente nella direzione in cui è stato stampato, producendo  un materiale di ottima rigidità meccanica.

Ci sono diversi vantaggi nell’utilizzare la nuova creazione dei ricercatori Empa per i dispositivi biomedici e altri oggetti: il bio-inchiostro è costituito da cellulosa, un materiale rinnovabile e abbondante ed è biologicamente sicuro per l’impiego negli impianti corporei e nelle protesi. I ricercatori  ora stanno  guardando lo sviluppo del materiale di stampa 3D DIW per altre applicazioni.