Ein Team von Forschern der Universität von Minnesota hat eine Technologie entwickelt, um Drucken Sie benutzerdefinierte Elektronik und Zellen direkt auf die Haut mit einem tragbaren und leichten 3D-Drucker, der weniger als $ 400 kostet.

Die neue Technologie ist ein potenzieller Durchbruch sowohl beim 3D-Druck als auch bei der tragbaren Elektronik und könnte in einer Vielzahl von Bereichen eingesetzt werden, vom Militär bis zur medizinischen Versorgung.

Die Forschung ist veröffentlicht in der Zeitschrift Fortgeschrittene Werkstoffe.

Die Technologie

Während herkömmliche 3D - Drucker nur auf statischen, flachen Oberflächen drucken können, kann die neue 3D - Drucktechnik Elektronik und Zellen mit beliebigen Formen direkt auf sich bewegende Flächen drucken Zhijie Zhu, ein Doktorand an der Universität von Minnesota und ein Mitglied des Forschungsteams, das die neue Technologie entwickelt hat.

Der Drucker verfolgt die Bewegung mithilfe temporärer Markierungen, die strategisch auf der Oberfläche platziert sind. Die Sensoren werden gescannt und geben dem Computer eine räumliche Karte der Oberfläche. Dann verfolgt der Drucker mit einem Computer-Vision-System alle Bewegungen auf der Oberfläche und passt sich diesen beim Drucken an.

Dadurch kann sich der Computer auf kleinste Bewegungen des Körpers einer Person einstellen.

"Egal, wie sehr sich jemand bemüht, still zu bleiben, wenn er den Drucker auf der Haut verwendet, bewegt sich eine Person leicht und jede Hand ist anders." Michael McAlpine, Hauptautor und der Benjamin Mayhugh Associate Professor für Maschinenbau an der Universität von Minnesota, sagte in einer Erklärung.

Die Forscher mussten auch eine leitende Tinte entwerfen, die auf die menschliche Haut aufgetragen werden konnte, ohne sie zu verbrennen.

"Viele leitfähige Tinten erfordern eine Hochtemperaturverarbeitung, um eine hohe Leitfähigkeit zu erreichen", sagte Zhu.

„Eine der Herausforderungen besteht darin, eine Tinte zu entwickeln, die bei Raumtemperatur eine hohe Leitfähigkeit erreicht.“

Die Forscher lösten das Problem, indem sie eine spezielle Tinte aus Silberflocken entwickelten, die bei niedrigeren Temperaturen aushärten und leiten können. Die Tinte kann auch leicht mit einer Pinzette entfernt oder mit Wasser abgewaschen werden.

Die neue 3D-Drucktechnik kann mit herkömmlichen 3D-Druckmaterialien wie PLA-Kunststoff, einem Biokunststoff aus nachwachsenden Pflanzenprodukten, arbeiten.

Anwendungen

Die Forscher glauben, dass ihre Technologie viele mögliche Anwendungen hat.

Sie stellen sich Soldaten oder Expeditionsteams vor, die den tragbaren, leichten Drucker aus einem Rucksack ziehen und damit temporäre Sensoren drucken, die biologische Agenzien oder Solarzellen zum Aufladen von Elektronik erkennen können.

"Es wäre wie ein 'Schweizer Taschenmesser' der Zukunft mit allem, was sie brauchen, in einem tragbaren 3D-Druckwerkzeug", sagte McAlpine in einer Erklärung.

Tracker könnten direkt auf Insekten und Tiere gedruckt werden und so selbstverteilte Datensammler in Ökosystemen schaffen, schlug Zhu vor.

Die Technologie könnte auch verwendet werden, um Hautzellen direkt auf Patienten zu drucken, die an Hautkrankheiten leiden.

„Fortgeschrittene medizinische Versorgung zu Hause wird von diesem vielseitigen 3D-Drucksystem profitieren, so dass Menschen Dienstleistungen wie vor Ort gedruckte biomedizinische Geräte und Gewebereparaturen zu Hause erhalten können, ohne in ein Krankenhaus gehen zu müssen“, sagte Zhu.

Bei der Erprobung arbeiteten die Forscher mit der Abteilung für Pädiatrie der Universität von Minnesota und dem Dekan der medizinischen Fakultät zusammen Jakub Tolar, deren Expertise die Behandlung seltener Hautkrankheiten ist, um mögliche medizinische Anwendungen für die 3D-Drucktechnik zu erforschen.

Mit einem „Bioink“ als Druckmaterial konnten sie erfolgreich Zellen auf die Hautwunde einer Maus drucken.

"Ich bin fasziniert von der Idee, Elektronik oder Zellen direkt auf die Haut zu drucken", sagte McAlpine in einem Statement.

"Es ist eine so einfache Idee und hat unbegrenztes Potenzial für wichtige zukünftige Anwendungen."

Im weiteren Verlauf werden die Forscher ihr Drucksystem weiterentwickeln, um noch mehr Nutzen zu ermöglichen.

"Weitere Arbeiten umfassen die weitere Optimierung des adaptiven Drucksystems und die Entwicklung einer vielfältigen Palette von Funktionsmaterialien für den Druck auf dem Körper", sagte Zhu.