3D-печать сахаром обычно ассоциируется исключительно с кулинарией и кондитерским делом. А раз так — то с чем-то несерьезным и бесполезным с практической точки зрения (хотя десерты, это конечно, здорово).

Недавнее открытие ученых из Иллинойса изменит такое отношение. Они разработали метод свободной печати изомальтом и уже применяют его в работе с микрожидкостными устройствами и биологическими тканями. А вообще руководитель исследовательской группы — директор Ракового центра Иллинойса, и созданная разработка будет помогать в изучении раковых опухолей.


Инженеры университета штата Иллинойс создали 3D-принтер, который печатает сахаром и позволяет создавать детализированные структуры — такие, которые не могут напечатать коммерческие 3D-принтеры. Вместо послойного создания объекта этот принтер делает сеть тонких нитей из затвердевшего изомальта — вида сахарного спирта, который используется в леденцах от кашля.

Возглавил проект директор Ракового центра Иллинойса Рохит Бхаргава. Он профессор инженерных наук и давно сотрудничает с химиками, электротехниками и машиностроителями. В силу специализации Бхаргава занимается исследованиями в сфере онкологии. Новый метод позволит усовершенствовать методику этих исследований.

Ученые обратили внимание не на обычную сахарозу, а на один из ее вариантов. Это изомальт, пищевая добавка E953 – ее используют в изготовлении продуктов для диабетиков. Изомальт безвреден для организма, при этом сладкий на вкус и хорошо плавится. Поэтому его также массово используют в приготовлении конфет, мороженого, шоколада и других сладостей.


Пример декора изомальтом

Кристаллы изомальта легко нагревать и плавить. Но главное, что материал быстро застывает и сохраняет форму, которую ему задали. Он почти не деформируется при охлаждении, а пластичность сахара помогает максимально детализировать объекты.

По словам Бхаргавы, печать изомальтом — это отличный способ создать каркас для закрепления на нем мягких тканей, выращивания клеток или тканей. Впоследствии этот каркас самостоятельно растворится. Одно из возможных применений — выращивание тканей или исследование опухолей в лабораторных условиях. Клеточные культуры обычно выращивают на плоской основе (в чашках Петри). Это позволяет понять некоторые характеристики клеток, но это не самый эффективный способ посмотреть на функционирование системы в теле: «В теле все имеет четко определенные формы, а форма и функция очень тесно связаны».

В опубликованном отчете исследователи описывают материалы и механизмы свободной печати изомальтом. «Свободная» здесь означает, что по мере того как сопло движется в пространстве, расплавленный материал застывает в прочную структуру.


Печать другими видами сахара уже была изучена раньше, но там наблюдались проблемы с горением и кристаллизацией материала. Команда обнаружила, что изомальт подходит для 3D-печати и менее подвержен горению и кристаллизации. Затем исследователям пришлось построить принтер с правильной комбинацией механических деталей: с нужной температурой плавления, давлением в экструдере, нужным диаметром сопла и скоростью движения.

Одно из преимуществ получаемых изомальтовых структур — возможность создавать тонкие трубки с круглыми поперечными сечениями, что невозможно при использовании обычной полимерной печати. Когда сахар растворяется, он оставляет ряд связанных цилиндрических трубок и туннелей, которые могут использоваться как кровеносные сосуды для транспортировки питательных веществ в ткани или для создания каналов в микрожидкостных устройствах.

Другое преимущество — возможность точного контроля механических характеристик каждой части структуры благодаря внесению незначительных изменений в параметры печати.



«Например, мы печатаем кролика. Задавая различные параметры печати, мы можем сделать так, что механические свойства хвоста, спины и ушей кролика будут разными, — говорит Бхаргава. — Это очень важно для биологических исследований. При послойной печати один и тот же материал выделяется в одинаковом объеме, поэтому очень сложно настроить различные механические свойства».

Группа Бхаргавы уже использует изомальтовые каркасы в микрожидкостных устройствах и работе с клеточными культурами. Сейчас ученые разрабатывают покрытие для этих каркасов, чтобы контролировать скорость их растворения.

Больше о новых устройствах и техниках 3D-печати — на 3D Print Expo. До завтрашнего дня включительно мы снизили стоимость билетов.