Der 3D-Druck von Zucker ist normalerweise ausschließlich mit Kochen und Süßwaren verbunden. Und wenn ja, dann mit etwas Frivolem und Nutzlosem aus praktischer Sicht (obwohl Desserts natürlich großartig sind).
Die jüngste Entdeckung von Wissenschaftlern aus Illinois wird diese Einstellung ändern. Sie haben das freie Isomaltdruckverfahren entwickelt und verwenden es bereits in der Arbeit mit Mikrofluidikgeräten und biologischen Geweben. Im Allgemeinen ist der Leiter der Forschungsgruppe der Direktor des Illinois Cancer Center, und die geschaffene Entwicklung wird bei der Untersuchung von Krebstumoren helfen.
Ein paar Worte zum Zuckerdruck für KonditorenDie kalifornischen Designer Kyle und Liz von Hasseln waren 2013 die ersten, die Zucker in einem 3D-Drucker erraten haben. Einer etablierten Legende nach wollten sie einen Geburtstagskuchen für einen Freund machen, aber sie hatten keinen Ofen. Deshalb beschlossen sie, den Kuchen zu drucken. Nach vielen Versuchen machten sie dennoch das Oberteil für einen kleinen Cupcake mit dem gedruckten Namen einer Freundin (während sie es aussortierten, war ihr Geburtstag bereits vergangen). Nachdem das Ehepaar entschieden hatte, dass dies ein vielversprechender Bereich ist, gründete es The Sugar Lab und begann, essbare Kunstobjekte herzustellen. Im selben Jahr 2013 erwarb 3D Systems
das Startup.
Im Jahr 2014 begann 3D Systems mit der Massenproduktion von Zuckerdruckern. Sie verwenden eine mehrschichtige Methode zum Erstellen von Objekten. Zuerst eine Materialschicht, dann eine Wasserschicht, die als Fixiermittel verwendet wird. Fertige Objekte sind langlebig und behalten ihre Form gut.
Die Arbeit von The Sugar Lab. FotoquelleNeben Industriegiganten entwickelte die Idee auch individuelle Enthusiasten - wie den Niederländer Julian Singh. Zu seinem selbst entworfenen Drucker stellte er ein spezielles Zuckerpulver her, dem er ein Bindemittel hinzufügte.
Die Ingenieure der Universität von Illinois haben einen 3D-Drucker entwickelt, der mit Zucker druckt und es Ihnen ermöglicht, detaillierte Strukturen zu erstellen - so dass kommerzielle 3D-Drucker nicht drucken können. Anstatt Schicht für Schicht ein Objekt zu erstellen, stellt dieser Drucker ein Netzwerk aus dünnen Filamenten aus gehärtetem Isomalt her - einer Art Zuckeralkohol, der in Hustenbonbons verwendet wird.
Das Projekt wurde vom Direktor des Illinois Cancer Center,
Rohit Bhargava, geleitet . Er ist Professor für Ingenieurwissenschaften und arbeitet seit langem mit Chemikern, Elektrotechnikern und Maschinenbauern zusammen. Aufgrund seiner Spezialisierung forscht Bhargava auf dem Gebiet der Onkologie. Die neue Methode wird die Methodik dieser Studien verbessern.
Wissenschaftler machten nicht auf gewöhnliche Saccharose aufmerksam, sondern auf eine ihrer Möglichkeiten. Dies ist Isomalt, ein Nahrungsergänzungsmittel E953 - es wird zur Herstellung von Produkten für Diabetiker verwendet. Isomalt ist für den Körper harmlos, schmeckt süß und schmilzt gut. Daher wird es auch häufig bei der Herstellung von Süßigkeiten, Eiscreme, Schokolade und anderen Süßigkeiten verwendet.
Isomalt Dekor BeispielIsomaltkristalle sind leicht zu erhitzen und zu schmelzen. Hauptsache aber, das Material härtet schnell aus und behält die Form, die es erhalten hat. Es verformt sich beim Abkühlen fast nicht und die Plastizität des Zuckers hilft, die Details von Objekten zu maximieren.
Laut Bhargava ist der Isomaltdruck eine großartige Möglichkeit, einen Rahmen für die Anbringung von Weichgeweben, das Wachstum von Zellen oder Geweben zu schaffen. Anschließend wird sich dieser Rahmen von selbst auflösen. Eine mögliche Anwendung ist die Gewebekultivierung oder die Untersuchung von Tumoren im Labor. Zellkulturen werden normalerweise flach gezüchtet (in Petrischalen). Dies ermöglicht es uns, einige Eigenschaften der Zellen zu verstehen, aber dies ist nicht die effektivste Methode, um die Funktionsweise des Systems im Körper zu betrachten: „Alles im Körper hat klar definierte Formen, und Form und Funktion sind sehr eng miteinander verbunden.“
In einem veröffentlichten Bericht beschreiben die Forscher die Materialien und Mechanismen des freien Drucks mit Isomalt. "Frei" bedeutet hier, dass sich das geschmolzene Material zu einer festen Struktur verfestigt, wenn sich die Düse im Raum bewegt.
Das Drucken mit anderen Zuckersorten wurde bereits zuvor untersucht, es gab jedoch Probleme bei der Verbrennung und Kristallisation des Materials. Das Team stellte fest, dass Isomalt für den 3D-Druck geeignet und weniger anfällig für Verbrennungen und Kristallisation ist. Dann mussten die Forscher einen Drucker mit der richtigen Kombination mechanischer Teile bauen: mit dem richtigen Schmelzpunkt, dem richtigen Druck im Extruder, dem richtigen Düsendurchmesser und der richtigen Geschwindigkeit.
Einer der Vorteile der resultierenden Isomaltstrukturen ist die Fähigkeit, dünne Röhren mit runden Querschnitten herzustellen, was mit herkömmlichem Polymerdruck nicht möglich ist. Wenn sich Zucker auflöst, hinterlässt er eine Reihe miteinander verbundener zylindrischer Röhren und Tunnel, die als Blutgefäße verwendet werden können, um Nährstoffe zu Geweben zu transportieren oder Kanäle in Mikrofluidikgeräten zu erzeugen.
Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit, die mechanischen Eigenschaften jedes Teils der Struktur aufgrund geringfügiger Änderungen der Druckeinstellungen genau zu steuern.
„Zum Beispiel drucken wir ein Kaninchen. Durch die Einstellung verschiedener Druckparameter können wir die mechanischen Eigenschaften von Schwanz, Rücken und Ohren des Kaninchens unterscheiden “, sagt Bhargava. - Dies ist sehr wichtig für die biologische Forschung. Beim Schicht-für-Schicht-Druck wird dasselbe Material in demselben Volumen emittiert, sodass es sehr schwierig ist, unterschiedliche mechanische Eigenschaften einzustellen. "
Die Bhargava-Gruppe verwendet bereits Isomaltgerüste in Mikrofluidikgeräten und arbeitet mit Zellkulturen. Wissenschaftler entwickeln derzeit Beschichtungen für diese Gerüste, um ihre Auflösungsrate zu kontrollieren.
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