Un team di ricercatori dell'Università del Minnesota ha sviluppato una tecnologia per stampa elettronica e celle personalizzate direttamente sulla pelle utilizzando una stampante 3D portatile e leggera che costa meno di $ 400.

La nuova tecnologia rappresenta un potenziale importante sia per la stampa 3D che per l'elettronica indossabile e potrebbe essere applicata in una varietà di settori, dall'esercito alle cure mediche.

La ricerca è pubblicata sulla rivista Materiale avanzato.

La tecnologia

Mentre le stampanti 3D convenzionali possono stampare solo su superfici statiche e piatte, la nuova tecnica di stampa 3D può stampare direttamente elettronica e celle con forme arbitrarie su superfici in movimento, Zhijie Zhu, un dottorando all'Università del Minnesota e membro del gruppo di ricerca che ha sviluppato la nuova tecnologia.

La stampante traccia il movimento utilizzando marcatori temporanei posizionati strategicamente sulla superficie. I sensori vengono scansionati, fornendo al computer una mappa spaziale della superficie. Quindi, utilizzando un sistema di visione artificiale, la stampante tiene traccia di qualsiasi movimento sulla superficie e si adatta a loro mentre stampa.

Ciò consente al computer di adattarsi ai più piccoli movimenti del corpo di una persona.

"Non importa quanto duramente si provi a rimanere fermi quando si utilizza la stampante sulla pelle, una persona si muove leggermente e ogni mano è diversa" Michael McAlpine, autore principale e Benjamin Mayhugh Professore associato di ingegneria meccanica presso l'Università del Minnesota, ha detto in una dichiarazione.

I ricercatori dovevano anche progettare un inchiostro conduttivo che potesse essere applicato sulla pelle umana senza bruciarlo.

"Molti inchiostri conduttivi richiedono un trattamento ad alta temperatura per diventare altamente conduttivi", ha affermato Zhu.

"Una delle sfide è progettare un inchiostro che raggiunga un'alta conduttività a temperatura ambiente."

I ricercatori hanno risolto il problema creando un inchiostro specializzato a base di scaglie d'argento che può curare e condurre a temperature più basse. L'inchiostro può essere facilmente rimosso usando una pinzetta o lavato via con acqua.

La nuova tecnica di stampa 3D può utilizzare materiali di stampa 3D convenzionali, come la plastica PLA, una bioplastica prodotta da prodotti vegetali rinnovabili.

Applicazioni

I ricercatori ritengono che la loro tecnologia abbia molte potenziali applicazioni.

Immaginano soldati o membri del team di spedizione che estraggono la stampante portatile e leggera da uno zaino e la utilizzino per stampare sensori temporanei in grado di rilevare agenti biologici o celle solari per caricare l'elettronica.

"Sarebbe come un" coltellino svizzero "del futuro con tutto ciò di cui hanno bisogno in un unico strumento di stampa portatile 3D", ha affermato McAlpine in una nota.

I tracker potrebbero essere stampati direttamente su insetti e animali, creando collettori di dati auto-distribuiti negli ecosistemi, ha suggerito Zhu.

La tecnologia potrebbe anche essere utilizzata per stampare le cellule della pelle direttamente su pazienti affetti da malattie della pelle.

"L'assistenza medica domiciliare avanzata trarrà beneficio da questo versatile sistema di stampa 3D, in modo che le persone possano ricevere servizi come dispositivi biomedici stampati in situ e riparazione dei tessuti a casa, senza la necessità di andare in ospedale", ha affermato Zhu.

Durante i test, i ricercatori hanno collaborato con il Dipartimento di Pediatria dell'Università del Minnesota e il preside della scuola medica Jakub Tolar, la cui esperienza è il trattamento di malattie rare della pelle, per esplorare potenziali usi medici per la tecnica di stampa 3D.

Usando un "bioink" come materiale di stampa, sono stati in grado di stampare correttamente le cellule sulla ferita della pelle di un topo.

"Sono affascinato dall'idea di stampare componenti elettronici o celle direttamente sulla pelle", ha affermato McAlpine in una nota.

"È un'idea così semplice e ha un potenziale illimitato per applicazioni importanti in futuro."

Mentre i ricercatori procedono, continueranno a sviluppare il loro sistema di stampa per consentire ancora più utilizzi.

"Ulteriori lavori comprendono l'ulteriore ottimizzazione del sistema di stampa adattiva e lo sviluppo di una gamma diversificata di materiali funzionali per la stampa sul corpo", ha affermato Zhu.