作為一個皮膚非常白的人,與曬傷的斗爭是很真實的,正如克拉克森大學的研究人員所解釋的那樣,在美國,每年大約有170萬新的皮膚癌病例被診斷出是由太陽的紫外線(UV)輻射引起的。
但是,這并不意味著我們需要在夏季躲藏在黑暗中,因為大多數紫外線輻射只是間歇性的。但是我們仍然需要采取預防措施以防曬傷,這通常意味著經常涂抹大量的防曬霜。但是,該研究團隊可能有更好的解決方案,它涉及3D打印可穿戴技術,該技術過去已用于醫療保健監控應用程序。
Silvana Andreescu,克拉克森化學與生物分子科學教授兼Egon Matijevic特聘教授以及她實驗室的兩名成員,研究生Abraham Finny和本科生Cindy Jiang,發表了一篇論文,介紹了他們在開發基于水凝膠的3D打印非膠粘劑方面的工作。有毒的傳感器,可以通過指示意外暴露于有害的紫外線中來防止曬傷。
摘要指出:“暴露于過度的紫外線(UV)會對人體健康造成不利影響。廉價,易于使用的用于監視UV輻射的傳感器可以進行紫外線暴露的大規模評估,但是其實現需要能夠快速,經濟地大規模制造這些傳感器的技術。在此,我們報告了一種新穎的三維(3D)打印程序和可打印的油墨組合物,它們可產生堅固,靈活且可穿戴的UV傳感器。”
 
 
 
研究人員同時也是3D生物打印公司Allevi的子公司,他們認為擁有一種小型,廉價的方法來提供UV光檢測將是一件很不錯的事,他們開發了一種定制的生物墨水,可以將其3D打印到具有生物相容性的UV傳感器中,因此安全地戴在皮膚上,并且可生物降解。
Andreescu解釋說:“由于3D打印機變得便宜且易于使用,我們決定探索3D生物打印的功能來制造這些可穿戴的紫外線響應傳感器。”
 
 
 
 
他們使用3D生物打印技術制作了功能穩定,機械穩定,可穿戴的傳感器,從而實現了一步可重復的制造。為了形成一種復合油墨,該團隊將10%的明膠和8%的藻酸鹽混合在一起,但主要的光敏成分是普通的氧化鈦粉末,當暴露于UV輻射時會釋放電子并改變顏色……類似于變色紋身。
“為了制造傳感器,首先開發了變色水凝膠墨水,從中可以獨立構造3D打印。該油墨包含藻酸鹽,明膠,光敏性二氧化鈦納米粒子和染料(甲基橙,亞甲基藍和孔雀石綠),其中納米粒子用于引發染料的光催化降解,導致染料變色。
“對粘度和墨水成分進行了優化,以實現可打印性并調整傳感器的機械性能(例如,模量,硬度)。”
 
 
 
示意圖說明了將生物打印與常規3D打印集成在一起的概念證明。設計了作為傳感器支架的3D可打印模型(A),并在Ultimaker 3打印機中使用藍色PLA燈絲將其打印為藍色手鐲(B)。
通過提供用于傳感器集成的空間,進一步調整了模型以將傳感器容納在中心,并使用粉紅色PLA燈絲進行打印。然后將單個傳感器模型(C)3D生物打印在3D打印手鐲的頂部,以得到最終的手鐲,傳感器集成在中心(E)。然后將帶有傳感器的手鐲暴露在紫外線下以測試性能,并獲得降解曲線(F)。在整個紫外線曝光測試中,傳感器始終固定在3D打印手鐲上,并保持出色的穩定性。
研究人員在測試過程中使用了多種有色染料,例如孔雀石綠和甲基橙,并說他們的生物油墨具有“出色的3D打印性能”,因為它在包封氧化鈦和染料顆粒時表現出剪切稀化行為,因此可以很好地擠出并在打印后保持補丁形狀。明膠在冷時會與藻酸鹽形成部分化學交聯,而藻酸鹽仍保持“可通過陽離子部分交聯”,這使油墨更具適應性。
 
 
為了證明干燥傳感器的出色機械性能,對75 x 25 x 0.5mm的薄膜進行3D打印并干燥。然后,該樂隊受到各種機械力的影響,以了解其反應。在每側以90°角彎曲50次并在每側扭曲50次后,表帶沒有變形。在這些測試之前和之后對這些帶進行拉伸測試。即使沿帶的長度施加100 N的單軸力,帶也不會單軸斷裂或變形。
此外,研究小組報告說3D打印構造中的顏色變化是可預測的。當氧化鈦被激發時,水凝膠中的一系列還原-氧化反應將開始,最終使所含的有機分子降解。由于水凝膠可容納足夠的染料,二氧化鈦和水,因此這些變化是可見的,并允許足夠的紫外線穿透以“及時”完成反應。當研究人員在戶外測試他們的3D打印可穿戴式傳感器時,他們觀察到顏色強度的下降與曝光時間的長短相匹配。
 
將10 x 10毫米見方的傳感器3D打印在透明的壓敏包裝帶(A,D)上,將傳感器粘貼到受試者手背上后進行室外測試(B)一小時。然后,受試者在大學校園內散步以模仿現實生活中的使用。一小時結束時,明顯觀察到比色變化(C,E)。應當注意的是,隨著對象走過僅隨機暴露于紫外線輻射的區域,傳感器在整個一小時中都不會始終暴露在陽光下。
來源:白令三維
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