Écriture directe à l’encre de structures cellulosiques haute résolution

L'impression tridimensionnelle (3D) joue un rôle important dans la production de membranes pour la purification de l'eau et la bioséparation, avec la capacité de créer de nouvelles structures intelligemment conçues.

Parmi les méthodes d’impression 3D disponibles, la stratégie d’écriture directe à l’encre offre un processus permettant d’imprimer une grande variété de matériaux en haute résolution. Dans un nouveau rapport maintenant publié le Rapports scientifiquesFarnaz Rezaei et une équipe de chercheurs de l'Université d'Uppsala en Suède, ont utilisé l'acétate de cellulose comme matériau d'encre biocompatible.

Les chercheurs ont noté l'imprimabilité et la possibilité d'imprimer des caractéristiques aussi petites que quelques micromètres pour examiner le développement de l'acétate de cellulose avec des poids moléculaires variables. Les diamètres interne et externe de la buse affectaient la résolution détaillée de la structure imprimée. Les chercheurs ont utilisé différentes encres pour obtenir différentes largeurs de brins imprimés et ont réussi à réaliser une écriture directe avec des structures cellulosiques haute résolution.

La fabrication additive

Les méthodes d'impression 3D ou de fabrication additive facilitent le développement de structures 3D complexes grâce au dépôt couche par couche de matériaux sur un substrat sélectionné à l'aide de méthodes de conception assistée par ordinateur. La méthode a montré sa capacité à produire des structures aux géométries complexes bien régulées, à offrir plusieurs avantages au-delà de la biofabrication conventionnelle et à former des géométries complexes.

L’ingéniosité économique est un avantage supplémentaire de la méthode. Ces méthodes sont applicables dans divers domaines, notamment l'administration de médicaments, la microfluidique et les systèmes de séparation, adaptés au traitement des eaux usées, aux dispositifs biomédicaux et à la chromatographie sur membrane.

La demande de détails à haute résolution a toutefois limité le recours à la fabrication additive. L'écriture directe fournit une méthode basée sur la dispersion pour déposer le matériau d'encre souhaité via une buse sur un substrat et fournit une multitude de matériaux imprimables, notamment des polymères, des hydrogels, des céramiques et des métaux.

Écriture directe à l'encre avec de l'acétate de cellulose

La cellulose a attiré une grande attention en tant que matière première légitime pour les applications d'impression 3D en raison de ses excellentes performances. Les scientifiques ont choisi la cellulose dans ce travail en raison de sa nature renouvelable, dégradable et abondante. La cellulose est également un polymère bioactif, avec des applications plus larges.

Rezaei et ses collègues ont étudié les structures de la membrane, notamment les propriétés de mouillage, la composition de l'encre et le diamètre des buses, qui ont affecté le processus d'impression au cours de cette étude. Ils ont exploré l’influence des dimensions des buses, qui comprenaient les dimensions intérieures et extérieures, pour étudier la possibilité d’imprimer des structures avec une résolution de détail de l’ordre du micron.

Ils ont utilisé des capillaires en verre borosilicaté pour préparer les buses, formulé l'encre pour remplir la seringue et mis en place une impression pour créer des motifs, y compris des structures de test, suivi de la caractérisation de l'angle de contact des encres et de leur examen au microscope électronique à balayage.

Les performances de l'encre

Pour explorer l’effet de l’impression avec des capillaires de différents diamètres, l’équipe a imprimé de l’encre à 10 % d’acétate de cellulose sur un substrat de verre non revêtu pour étudier le phénomène.

En étudiant les différents ratios d’encre, ils ont obtenu une imprimabilité et une résolution variées, puis ils ont examiné les mécanismes de régulation de la taille des structures imprimées. Par exemple, l’écriture directe à l’encre incluait un mouillage entre l’encre et les surfaces, ce qui influençait le processus d’impression.

Pour étudier l'influence des facteurs régulant la taille des brins imprimés, les scientifiques ont examiné la mouillabilité des encres en incluant diverses quantités d'acétate de cellulose sur des substrats de verre enduits et non enduits.

Lors de l’écriture directe à l’encre, le mouillage entre l’encre et les surfaces des matériaux influençait le processus d’impression. Rezaei et son équipe ont étudié les structures de l'encre pour concevoir des architectures et ont observé la capacité de divers motifs d'impression à créer un mur ou un pont.

Perspectives

Farnaz Rezaei et ses collègues ont ainsi montré la possibilité de construire des structures en acétate de cellulose comportant jusqu'à 300 couches avec une méthode d'écriture directe à l'encre. Les scientifiques ont obtenu une résolution de détail élevée en régulant les dimensions des buses et les paramètres d'impression, ainsi que le poids moléculaire et les concentrations d'acétate de cellulose dans l'encre.

L'équipe a noté les propriétés mouillantes de l'encre sur le substrat et la buse, en combinaison avec la composition de l'encre, pour influencer la largeur du fil. Lorsqu'ils imprimaient des structures de type membrane et des brins suspendus, ils obtenaient des largeurs similaires ou inférieures au diamètre intérieur de la buse. Pour obtenir la résolution souhaitée, les chercheurs ont exploré les vitesses d'impression dans diverses directions afin de maintenir des temps d'impression prolongés pour les structures plus grandes.

Pour les travaux futurs, l’équipe propose d’explorer la conception de multi-buses en tandem avec l’impression à jet d’encre pour améliorer la vitesse d’impression.

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