La stampa 3D in silicone aiuta a riprodurre la vascolarizzazione del cervello

Un team di ricercatori dell’Università della Florida, sta cercando di riprodurre i vasi sanguigni del cervello utilizzando la stampa 3D in silicone. Per farlo, hanno sviluppato un processo chiamato AMULIT (Additive Manufacturing at Ultra-low Interfacial Tension): questo approccio consiste nello stampare il silicone direttamente in un bagno di materiale. Quest’ultimo funge da supporto di stampa ed è, in questo caso, costituito da un’emulsione di microgocce d’acqua in olio di silicone. Con questo metodo, i ricercatori sostengono di poter progettare modelli di soli quattro micrometri, riproducendo così in modo molto accurato i vasi sanguigni del cervello.

Il silicone ha proprietà particolarmente interessanti, tra cui la biocompatibilità, la resistenza al calore, alle sostanze chimiche e all’umidità. Ma pone alcune sfide quando si tratta di stampa 3D: è un materiale flessibile che non può essere risolidificato una volta fuso, a differenza dei filamenti utilizzati in FDM/FFF. Pertanto, il silicone viene solitamente stampato allo stato liquido prima di essere indurito in modo irreversibile. La difficoltà risiede anche nella complessità delle forme che si possono creare: come possiamo essere sicuri che la struttura non collassi?

I ricercatori si sono affidati al principio della tensione interfacciale (crediti fotografici: Brighton Science)

Un innovativo processo di stampa 3D del silicone per riprodurre i vasi sanguigni nel cervello

Per superare queste sfide, i ricercatori hanno ideato questo processo di stampa a bagno: l’idea è quella di depositare strati successivi di materiale circondandolo con un olio di silicone che funge da materiale di supporto. Perché scegliere il silicone come materiale di supporto? Il team spiega che: “Abbiamo deciso di affrontare il problema della tensione interfacciale sviluppando un materiale di supporto a base di olio di silicone. Abbiamo pensato che la maggior parte degli inchiostri siliconici sarebbe stata chimicamente simile al nostro materiale di supporto siliconico, riducendo così drasticamente la tensione interfacciale, ma anche sufficientemente diversa da rimanere separata quando è stata messa insieme per la stampa 3D. Con il nostro supporto AMULIT, siamo stati in grado di stampare il silicone comune ad alta risoluzione, creando elementi di diametro pari a 8 micrometri (circa 0,0003 pollici). Le strutture stampate sono elastiche e resistenti come le loro controparti stampate tradizionalmente“. Ricordiamo che la tensione interfacciale è la forza necessaria per rompere la superficie tra due liquidi immiscibili.

La maggior parte dei materiali di supporto disponibili sul mercato sono a base d’acqua. Tuttavia, essendo il silicone un olio, quando i due materiali entrano in contatto si creano delle deformazioni perché, essendo immiscibili, hanno bisogno di una tensione interfacciale elevata. Piccole gocce d’olio si formano nell’acqua, con conseguente impatto sulla struttura stampata in 3D. Per questo motivo il team ha ideato un bagno di olio di silicone. Il team aggiunge: “Abbiamo creato molti materiali di supporto candidati, ma abbiamo scoperto che l’approccio migliore era quello di creare un’emulsione densa di olio di silicone e acqua. Si può pensare a una maionese cristallina, fatta di microgocce d’acqua in un continuum di olio di silicone. Chiamiamo questo metodo produzione additiva a bassissima tensione interfacciale, o AMULIT“.

A sinistra, il bagno di materiale in cui il silicone viene depositato strato per strato come mostrato nella foto a destra (crediti fotografici: Senthilkumar Duraivel/Angelini Lab, CC BY-ND)

I primi test dei ricercatori riguardano i vasi sanguigni del cervello umano, che consentirebbero ai neurochirurghi di allenarsi prima di un’operazione, di beneficiare di simulazioni molto più realistiche o semplicemente di comprendere meglio l’anatomia di un paziente. Potrebbero accedere a modelli fisici e toccare questi vasi sanguigni personalizzati, realizzati a partire da una scansione 3D del paziente. Seguiremo i prossimi sviluppi di questo team di ricercatori. Nel frattempo, è possibile leggere l’intero studio QUI.

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