- 2022-10-27
- Nessan Cleary 記事紹介
カーネギーメロン大学工学部の研究者らは、心臓や肺の移植用人工組織など、高度な製造や生体医工学のための犠牲テンプレートや支持構造として使用できる極小のマイクロスケール氷構造を 3Dプリントする新しいプロセスを開発しました。
この高さ1.5mmのタコの置物を含む複雑な構造体は、氷が様々な形状に成型できることを証明しています
氷、特に水を使う利点は、環境に優しく、生体適合性のある構造材料であることです。氷は、非常に小さく、滑らかで、複雑な形状の内部チャネルを作るのに使用することができます。従来の支持体は除去が困難でしたが、氷は文字通り溶けてなくなります。その結果、組織工学をはじめ、マイクロ流体工学やソフトロボティクスなど、複雑な流路を持つ小型構造物を必要とする分野で、人間と安全に物理的に相互作用するための革命を起こす可能性が非常に高くなります」。
このプロセスは、機械工学の博士課程に在籍する Akash Gargと化学工学の博士研究員 Saigopalakrishna Yerneniが、機械工学および生物医学の Burak Ozdoganlar教授、Philip LeDuc教授、Phil Campbell教授の指導のもとで開発したものです。
アカシ・ガーグ氏は次のように説明しています。「3Dアイスプロセスにより、滑らかな壁と滑らかな遷移を持つ分岐構造を持つマイクロスケールの氷テンプレートを作製することができ、その後、明確な内部空隙を持つマイクロスケール部品を作製するために使用することができます」。
研究チームは、プリントした氷の構造体を、「リバース・モールディング」またはインサイドアウト 3Dプリントの犠牲テンプレートとして使用しています。氷の構造体は、樹脂などの冷却された構造材料の液体またはゲル状の中に浸される。材料が硬化した後、氷を溶かして水を排出することができます。また、氷を液体の水にすることなく、水蒸気に変えて昇華させることもできる。このように氷を容易に昇華させることができるため、周囲の構造材を鋳造して固めた後、容易かつ緩やかに除去することができます。
氷の構造体は、高解像度 3Dプリンティングシステムを使って、-35℃に温度制御された特注のプラットフォームに水滴を付着させ、水を急速に氷に変化させることで形成されています。水滴の吐出周波数を調整し、ステージの動きと同期させることで、滑らかな表面を持つ分岐した形状や、滑らかな遷移を持つ直径の連続的な変化を印刷することが可能になりました。
さらに、水の急速な相変化と氷の強度により、時間のかかるレイヤーごとの印刷や支持構造体を必要としない自由形状の氷構造の3D印刷を実現しました。
このプロセスをさらに発展させれば、ソフトロボット用の空気圧チャンネルを作るなど、工学的な用途に1年以内に応用できる可能性があります。しかし、組織工学の臨床応用に開発するには、もっと時間がかかると思われます。それでも、実世界での応用につながるはずの興味深いコンセプトである。カーネギーメロン大学の詳細、および研究論文の全文はこちらでご覧いただけます。
