نخستین Bottlebrush با قابلیت پرینت سه بعدی الاستومر بدون حلال
الاستومرهای سنتی و لاستیک‌های متداول به دلیل درهم‌تنیدگی زنجیره‌های طویل خطی، سختی بالایی دارند. سفتی مکانیکی این مواد بسیار بیشتر از بافت‌های نرم زیستی بدن انسان است. در مقابل، پلیمرهای فرچه‌ای یا باتل‌براش (Bottlebrush) ساختاری مشابه برس‌های شیشه‌شور دارند؛ زنجیره‌های جانبی متراکم مانع درهم‌پیچیدگی شدید زنجیره اصلی می‌شوند. این ساختار ویژه، تولید الاستومرهایی فوق‌نرم، انعطاف‌پذیر و منطبق با بافت طبیعی بدن را رقم می‌زند.
پرینت سه بعدی الاستومر
رفتار رئولوژیکی منحصربهفرد و خودآرایی نانومتری
پلیمرهای Bottlebrush رفتار سیالات تنش-تسلیم (Yield-stress fluids) را نشان می‌دهند:
- حالت سکون: مانند خمیردندان یا کره ساختار جامد نیمه‌نرم خود را پایدار نگه می‌دارند.
- تحت فشار نازل: با اعمال تنش برشی در لحظه روان و مایع می‌شوند.
- پایداری پس از چاپ: رشته‌های چاپ‌شده بلافاصله ساختار سه‌بعدی دقیق خود را ساعت‌ها حفظ می‌کنند.
این ویژگی منحصربهفرد، نیاز به حلال‌های شیمیایی یا محیط‌های حمایتی گران‌قیمت را کاملاً برطرف می‌کند.
پرینت در دمای اتاق و شبکه‌ای‌سازی نوری (UV Curing)
پژوهشگران با بهره‌گیری از پلیمر PDMS-stat-PEO، ماژول پرینتر زیستی و آغازگرهای نوری، سامانه‌ای یکپارچه ساختند:
- اکستروژن در دمای محیط: جوهر بدون نیاز به حلال‌های فرار یا افزایش دما مستقیماً از نازل عبور می‌کند.
- تابش فرابنفش (UV): تابش نور بلافاصله پیوندهای عرضی کووالانسی میان رشته‌ها ایجاد می‌کند.
- تثبیت الاستومر: ساختار پس از پخت به شکل جامدی یکپارچه، بدون تغییر ابعاد و تبخیر حلال پایدار می‌ماند.
خواص مکانیکی مشابه بافت طبیعی انسان
نتایج اندازه‌گیری‌های رئولوژی و کشش مکانیکی نشان داد:
- کاهش ۱۰۰۰ برابری مدول یانگ: سفتی ماده هزار برابر کمتر از لاستیک‌های معمولی است.
- کشسانی ۳۰۰ تا ۴۰۰ درصدی: ساختار الاستومری ۳ تا ۴ برابر طول اولیه خود کش می‌آید و بدون پارگی بازمی‌گردد.
- تطابق مکانیکی زیستی: شباهت مکانیکی داربست به بافت میزبان، التهاب موضعی و خطر رد پیوند را به شدت کاهش می‌دهد.
کاربردها
حذف کامل حلال‌های سمی و پرینت‌پذیری آسان در دمای اتاق، پلیمرهای Bottlebrush را به گزینه‌ای ایده‌آل برای پزشکی بازساختی تبدیل می‌کند. این پلیمرها کاربرد گسترده‌ای در ساخت داربست‌های مهندسی بافت نرم، ایمپلنت‌های زیست‌سازگار و حسگرهای الکترونیکی پوشیدنی فوق‌حساس دارند.
منبع پرینت سه بعدی الاستومر
Xie, R., Mukherjee, S., Levi, A. E., et al., 2020. Room temperature 3D printing of super-soft and solvent-free elastomers. Science Advances, 6(46), p.eabc6900.
