L'impression 3D du sucre est généralement associée exclusivement à la cuisine et à la confiserie. Et si c'est le cas, alors avec quelque chose de frivole et inutile d'un point de vue pratique (bien que les desserts, bien sûr, c'est super).
La récente découverte de scientifiques de l'Illinois va changer cette attitude. Ils ont développé la méthode d'impression gratuite à l'isomalt et l'utilisent déjà pour travailler avec des dispositifs microfluidiques et des tissus biologiques. En général, le chef du groupe de recherche est le directeur de l'Illinois Cancer Center, et le développement créé aidera à l'étude des tumeurs cancéreuses.
Quelques mots sur l'impression de sucre pour les confiseursLes designers californiens Kyle et Liz von Hasseln ont été les premiers à deviner le sucre dans une imprimante 3D en 2013. Selon une légende établie, ils voulaient faire un gâteau d'anniversaire pour un ami, mais ils n'avaient pas de four. Par conséquent, ils ont décidé d'imprimer le gâteau. Après de nombreuses tentatives, ils ont néanmoins fait le haut pour un petit cupcake avec le nom imprimé d'un ami (alors qu'ils le triaient, son anniversaire était déjà passé). Ayant décidé qu'il s'agissait d'un domaine prometteur, le couple a fondé The Sugar Lab et a commencé à fabriquer des objets d'art comestibles. Dans le même 2013, 3D Systems a
acquis la startup.
En 2014, 3D Systems a commencé la production de masse d'imprimantes à sucre. Ils utilisent une méthode en couches de création d'objets. D'abord, une couche de matière, puis une couche d'eau, qui sert de fixateur. Les objets finis sont durables et conservent bien leur forme.
Le travail du Sugar Lab. Source de la photoEn plus des géants industriels, l'idée a commencé à développer des passionnés individuels - comme le Néerlandais Julian Singh. À son imprimante conçue par lui-même, il a fabriqué une poudre de sucre spéciale, à laquelle il a ajouté un liant.
Les ingénieurs de l'Université de l'Illinois ont créé une imprimante 3D qui imprime avec du sucre et vous permet de créer des structures détaillées - telles que les imprimantes 3D commerciales ne peuvent pas imprimer. Au lieu de créer un objet couche par couche, cette imprimante crée un réseau de filaments minces à partir d'isomalt durci - un type d'alcool de sucre utilisé dans les gouttes contre la toux.
Le projet était dirigé par le directeur du Illinois Cancer Center,
Rohit Bhargava . Il est professeur d'ingénierie et a longtemps collaboré avec des chimistes, des ingénieurs électriciens et des constructeurs de machines. En raison de sa spécialisation, Bhargava est engagée dans la recherche dans le domaine de l'oncologie. La nouvelle méthode améliorera la méthodologie de ces études.
Les scientifiques ont attiré l'attention non pas sur le saccharose ordinaire, mais sur l'une de ses options. Il s'agit d'Isomalt, un complément alimentaire E953 - il est utilisé dans la fabrication de produits pour diabétiques. L'isomalt est inoffensif pour le corps, alors qu'il a un goût sucré et fond bien. Par conséquent, il est également largement utilisé dans la préparation de bonbons, de crème glacée, de chocolat et d'autres bonbons.
Exemple de décor isomaltLes cristaux d'isomalt sont faciles à chauffer et à fondre. Mais l'essentiel est que le matériau durcit rapidement et conserve la forme qui lui a été donnée. Il ne se déforme presque pas lorsqu'il est refroidi, et la plasticité du sucre aide à maximiser le détail des objets.
Selon Bhargava, l'impression isomalt est un excellent moyen de créer un cadre pour y attacher des tissus mous, des cellules ou des tissus en croissance. Par la suite, ce cadre se dissoudra de lui-même. Une utilisation possible est la culture de tissus ou l'étude de tumeurs en laboratoire. Les cultures cellulaires sont généralement cultivées sur une base plate (dans des boîtes de Pétri). Cela nous permet de comprendre certaines caractéristiques des cellules, mais ce n'est pas la façon la plus efficace de regarder le fonctionnement du système dans le corps: "Tout dans le corps a des formes clairement définies, et la forme et la fonction sont très étroitement liées."
Dans un rapport publié, les chercheurs décrivent les matériaux et les mécanismes de l'impression libre avec de l'isomalt. «Libre» signifie ici que lorsque la buse se déplace dans l'espace, le matériau fondu se solidifie en une structure solide.
L'impression avec d'autres types de sucre a déjà été étudiée auparavant, mais il y avait des problèmes de combustion et de cristallisation du matériau. L'équipe a découvert que l'isomalt est adapté à l'impression 3D et moins sujet à la gravure et à la cristallisation. Ensuite, les chercheurs ont dû construire une imprimante avec la bonne combinaison de pièces mécaniques: avec le bon point de fusion, la pression dans l'extrudeuse, le bon diamètre de buse et la bonne vitesse.
L'un des avantages des structures isomaltes résultantes est la possibilité de créer des tubes minces avec des sections transversales rondes, ce qui n'est pas possible en utilisant l'impression polymère conventionnelle. Lorsque le sucre se dissout, il laisse une série de tubes et tunnels cylindriques connectés qui peuvent être utilisés comme vaisseaux sanguins pour transporter des nutriments vers les tissus ou pour créer des canaux dans des dispositifs microfluidiques.
Un autre avantage est la possibilité de contrôler avec précision les caractéristiques mécaniques de chaque partie de la structure en raison de changements mineurs dans les paramètres d'impression.
«Par exemple, nous imprimons un lapin. En définissant divers paramètres d'impression, nous pouvons rendre les propriétés mécaniques de la queue, du dos et des oreilles du lapin différentes », explique Bhargava. - Ceci est très important pour la recherche biologique. Dans l'impression couche par couche, le même matériau est émis dans le même volume, il est donc très difficile d'ajuster diverses propriétés mécaniques.
Le groupe Bhargava utilise déjà des échafaudages d'isomalt dans des dispositifs microfluidiques et travaille avec des cultures cellulaires. Les scientifiques développent actuellement des revêtements pour ces échafaudages afin de contrôler leur vitesse de dissolution.
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