ENGINEERINGNET.BE - Xolografie is een baanbrekende fusie van engineering, natuurkunde en chemie, waarbij licht wordt gebruikt om vloeibare polymeren in 3D te printen. Het maakt gebruik van de kracht van twee elkaar kruisende lichtstralen van verschillende golflengten in een lichtreactieve vloeistof.
Als lichtstralen samenkomen, veranderen ze de vloeistof in een gedetailleerd, stevig 3D-object ter grootte van een gummi beer in minder dan een minuut. Aan de TU Eindhoven is deze techniek aangepast om mini-structuren te produceren.
Onderzoeker Miguel Dias Castilho: “De gebruikte materialen moeten onder meer biocompatibel zijn. Naast de hydrogels die we voor het proces ontwikkelden, ontdekten we dat het foto-initiatorsysteem niet erg celvriendelijk was en moest worden vervangen. Samen met het bedrijf XOLO hebben we de materiaalformuleringen ontwikkeld en geoptimaliseerd om ervoor te zorgen dat ze veilig zijn voor biomedische toepassingen.”
Mede-onderzoeker Lena Stoecker van TU Eindhoven printte hydrogel ‘steigers’ die bruikbaar zijn als tijdelijke ondersteuningsstructuren om cellen in het lab te kweken. "Om succesvol weefsel te kweken, streven we ernaar dat de hydrogelsteigers kenmerken bevatten die de natuurlijke omgeving van bijvoorbeeld beenmergcellen nabootsen."
“We konden gedetailleerde steigers printen met poriën in het bereik van 100 μm–1 mm, wat de toevoer van voedingsstoffen door de steiger tijdens de celcultuur zou kunnen garanderen. Kleine verhoogde elementen konden worden geprint tot slechts 20 μm, in de grootte van een menselijke cel.”
Printen op kleine schaal is niet voldoende om natuurlijk weefsel na te bootsen en nauwkeurige controle uit te oefenen over het gedrag van de cel. “Natuurlijke weefsels vertonen verschillende eigenschappen, ze zijn bijvoorbeeld stijver op de ene plaats en flexibeler op de andere.”
“Bestaande technieken printen objecten die homogener zijn”, zegt Stoecker. “We zijn erin geslaagd materialen te creëren waarbij we de eigenschappen volledig in 3D controleren, zodat we stijvere en flexibele gebieden kunnen creëren waar we ze willen.”
Door de lichtintensiteit van de projectie te variëren, kunnen de eigenschappen van het weefsel nauwkeurig gecontroleerd worden. Dias Castilho: “Het is moeilijk geweest om materialen te printen die van vorm kunnen veranderen en weer terug kunnen veranderen, wat essentieel is om weefsels te maken die werken als organisch weefsel.”
Het team is erin geslaagd om thermisch responsieve hydrogels te implementeren om 4D-geprinte structuren mogelijk te maken, waarbij de vierde dimensie tijd is. “Deze materialen kunnen in de loop van de tijd van vorm of eigenschappen veranderen als reactie op temperatuurveranderingen, waardoor complexere en functionelere weefselconstructies mogelijk worden”, zegt Dias Castilho.
