PLA, TPU e ossido di grafene per il bioprinting

Una nuova ricerca sul bioprinting dimostra che la combinazione di vari materiali  potrebbe rivoluzionare la stampa in 3D di ossa di stampa e organi.

Un documento della Case Western Reserve University (CWRU) di Cleveland descrive le ricerche fatte sulla resistenza e biocompatibilità di un materiale stampabile in 3D costituito da un mix di TPU, PLA, e ossido di grafene.

Il TPU (poliuretano termoplastico) è un materiale particolarmente utile nella ricerca biomedica: è flessibile, trasparente e compatibile con le cellule viventi.

Combinando TPU con PLA disponibile in una forma biocompatibile i ricercatori hanno prodotto oggetti che hanno mostrato resistenza e flessibilità.

La miscela si è rivelata utile per creare strutture complesse che non possono essere facilmente replicabili con un singolo materiale sintetico.

Come forma bidimensionale di carbonio (solo un singolo atomo di spessore) il grafene è  più conosciuto per la sua alta resistenza. Ossidandosi, il materiale guadagna alcune qualità come la capacità di disperdersi in acqua.

Il motivo principale per utilizzare ossido di grafene con TPU/PLA che emerge dalla ricerca di CWRU è comunque quello di migliorare le proprietà meccaniche di un materiale, in modo che possa funzionare meglio sotto pressione, in qualsiasi punto dell'oggetto.

Le conclusioni a cui è giunto lo staff di ricercatori di CWRU mostrano che l'aggiunta di una quantità controllata di ossido di grafene a TPU/PLA non è tossico per le cellule viventi e migliora la velocità con cui le stesse cellule crescono e si diffondono.

Il mix si è rivelato del 167% più forte rispetto a TPU/ PLA in caso di compressione, e il 75,5% più performante quando viene distorto o allungato.

L'abstract della ricerca

Unendo Poliuretano termoplastico (TPU) con acido polilattico (PLA) si ottiene un materiale meccanicamente più robusto, mentre l'aggiunta di ossido di grafene (GO) viene applicata in nanocompositi polimerici per adattare ulteriormente le loro proprietà.

L'additive manufacturing richiede elevata flessibilità di progettazione della struttura, pertanto lo studio dimostra la validità della stampa 3D con tecnologia FDM di nanocompositi TPU/PLA/GO e la sua potenziale applicazione come materiali biocompatibili.

I nanocompositi sono preparati per il processo di miscelazione a base solvente ed estrusi in filamenti per la stampa FDM. L'aggiunta di GO sostanzialmente migliora la struttura meccanica e la stabilità termica dei nanocompositi.

La risposta meccanica è fortemente dipendente dall'orientamento di stampa.

I materiali nanocompositi stampati in 3D mostrano buona biocompatibilità con le cellule NIH3T3, aprendo la strada ad applicazioni di bioprointing e ingegneria tissutale.

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