È notizia già conosciuta, e trattata anche sul nostro blog, quella che racconta come un team di ingegneri con sede a Londra abbia sperimentato con successo la stampa in 3D del grafene. È nuova notizia, invece, quella che tratteremo in questo articolo e che parla di un team di ricercatori della Northwestern University che hanno sviluppato una soluzione basata su un inchiostro di grafene stampabile in 3D.
Come spiegano gli stessi ricercatori in un documento, l’innovativo inchiostro può essere usato per realizzare oggetti di più centimetri in lunghezza, il che lo rende il filamento ideale per applicazioni tecnologiche e mediche. Ma andiamo nello specifico: innanzitutto il grafene è essenzialmente una forma di carbonio, proprio come i diamanti o il piombo nelle matite, ma a differenza di molte forme di carbonio, esso è un materiale 2D che consiste in un foglio esagonale dello spessore di un singolo atomo. Ciò significa che può essere realizzato in forme di qualsiasi dimensione. Inoltre, le sue proprietà sono particolarmente interessanti. Si tratta infatti di un materiale molto leggero, flessibile ed estremamente resistente (circa cento volte più resistente dell’acciaio), è anche un conduttore molto efficace di calore ed elettricità e, cosa molto interessante, è compatibile con il tessuto cellulare umano.
La Northwestern University, con un approccio diverso al filamento, è riuscita a stampare in 3D (tramite estrusione) conduttivi elettrici, impalcature meccanicamente resistenti e biocompatibili in varie forme e dimensioni. Questa nuova ed entusiasmante innovazione è stata sviluppata da Ramille N. Shah, Assistant Professor di Scienza dei Materiali e Ingegneria, e da Simpson Querrey, Assistant Professor di Chirurgia, entrambi dell’Istituto per BioNanotechnology alla Northwestern University. Insieme ad un ampio gruppo di studenti laureati e un bioprinter envisionTEC BioPlotter 3D, i due ricercatori sono riusciti a creare una sostanza stampabile 3D con un contenuto di grafene di gran lunga superiore rispetto al passato.
Ramille Shah
Come spiegano in un articolo pubblicato nell’edizione online di ACS Nano, il loro nuovo “filamento” è costituito principalmente da grafene (circa il 60% di esso). Tuttavia, mentre il grafene è rigido e fragile, la nuova soluzione sviluppata dai ricercatori è molto flessibile e perfettamente stampabile 3D. Ciò che consente di ottenere un tale elevato livello di grafene e le sue funzioni strutturali è un particolare legante elastomero biocompatibile, chiamato PLG.
Shah spiega che il loro lavoro è stato motivato dalla necessità di realizzare biomateriali più innovativi per applicazioni medicali – in particolar modo quelle concernenti la rigenerazione del tessuto nervoso – che siano relativamente poco costosi e facili da produrre. E gli inchiostri grafene sono molto adatti a tale funzione, essendo sviluppati attraverso la combinazione e la miscelazione di soluzioni in elastomero con la dispersione di polvere di grafene. La soluzione viene poi successivamente ispessita e ridotta. Questo processo può teoricamente essere fatto su qualsiasi scala, garantendo forniture mediche sufficienti.
Dagli ultimi test, i ricercatori hanno già dimostrato che questi inchiostri sono particolarmente adatti per uso medico. Molto interessante è il risultato di strutture di grafene utilizzate nelle cellule staminali che intendono diventare cellule nervose. “Nei nostri esperimenti, abbiamo dimostrato la capacità di ponteggi 3DG di indurre il differenziamento neurogeno delle cellule staminali mesenchimali adulte, senza la necessità di altri fattori di crescita neurogena o stimoli esterni” dice Shah. “Questo è un grande risultato che supporta l’uso stesso dei materiali per indurre risposte cellulari specifiche che possono essere sfruttate per l’ingegneria dei tessuti e per le applicazioni di medicina rigenerativa.”
Un progetto davvero rivoluzionario questo dell’inchiostro stampabile 3D, che potrebbe favorire la rigenerazione dei tessuti danneggiati o non funzionali, come i nervi, ossa e persino muscoli cardiaci. A parte queste applicazioni mediche, possono anche essere sviluppati con grafene anche biosensori impiantabili e un gran numero di dispositivi elettrici.
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