מדענים פיתחו שיטה יעילה להדפיס בתלת-ממד באמצעות תאית – הפולימר הנפוץ ביותר בטבע, שנמצא בתאים של כל עץ ושיח
מדענים מהמכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס (MIT) הצליחו להדפיס גופים תלת-ממדיים עשויים תאית, שיכולים לשמש תחליף ידידותי יותר לסביבה לפלסטיק. תהליך ההדפסה שהמדענים פיתחו נמנע מחימום התאית לטמפרטורות גבוהות כנהוג בשיטות אחרות, ומתבסס על חומר מוצא פשוט יותר לעיבוד.
תאית (צלולוז) היא הפולימר הנפוץ ביותר בטבע – חומר שמורכב משרשרת של הרבה יחידות זהות ולכן נחשב נוח לעיבוד. התאית מצויה בדפנות תאים של צמחים (בעיקר בגזעי עצים) ואצות, ויש אפילו חיידקים שמייצרים אותה. השימוש העיקרי בתאית בטבע הוא כחומר שלד, הודות לחוזקה. מדובר בחומר זמין, לא יקר ומתכלה, שנמצא כיום במוצרים רבים כגון תרופות, תוספי מזון וחומרי בניין.
תכונות התאית הופכות אותה לחומר מוצא נוח לתחום המשגשג של הדפסה בתלת-ממד. למעשה, הרעיון להשתמש בחומר צמחי להדפסה בתלת-ממד אינו חדש. לפני כשנתיים, למשל, הוקם בשבדיה פרויקט לפיתוח טכנולוגיות הדפסה בתלת-ממד המבוססות על תאית. יוזמה נוספת הגיעה לאחרונה מבריטניה, שם חברו מדענים למהנדסי מזון כדי לחקור דרכים להדפיס בתלת-ממד חומרי מזון מבוססי תאית.
אז מה מחדשים המדענים האמריקאים? הבעיה הגדולה עם תאית היא שלא פשוט להפוך אותה מחומר קשיח ל"דיו" שמתאים להדפסה בתלת-ממד. בין מולקולות התאית קיימים קשרי מימן ששומרים על יציבות הפולימר, וכדי לפרק אותם צריך להשקיע חום. החימום דורש אנרגיה רבה ומקשה על תהליך ההדפסה.
צילום מיקרוסקופי של החומר המודפס בשיטה החדשה. למעלה: צלולוז אצטאט במיקרוסקופ אלקטרונים | צילומים: Shutterstock, MIT
השיטה שפרסמו המדענים בכתב העת Advanced Materials Technologies, עוקפת את הצורך לחמם את התאית, בזכות חומר מוצא פשוט יותר לעיבוד שנקרא תאית אצטאט. מדובר בחומר נפוץ וזמין, שמיוצר מתאית בתוספת קבוצות כימיות של אצטאט. קבוצות האצטאט מונעות את היווצרות קשרי המימן בין המולקולות וכך מקלות על העיבוד שלו להדפסה.
תהליך ההדפסה כולל כמה שלבים: ראשית ממיסים את הפולימר באצטון. התמיסה הפכה כעת למעין דיו, ולאחר ההדפסה האצטון מתנדף ומתקבל מבנה קשיח מתאית אצטאט. כדי לחזק אותו אפשר להשיב את קשרי המימן בין מולקולות הפולימר בעזרת בסיס (נתרן הידרוקסידי). לדברי סבסטיאן פטינסון (Pattinson) שהוביל את המחקר, החומר המודפס שמתקבל חזק יותר מחומרי פלסטיק אחרים שנמצאים בשימוש בהדפסת תלת-ממד.
אפשר גם להוסיף צבע. פינצטה כירורגית שהדפיסו החוקרים בטכנולוגיה ההחדשה | צילום: Massachusetts Institute of Technology
החוקרים טוענים שיתרון נוסף של תהליך ההדפסה הזה הוא היכולת להקנות לחומר תכונות מיוחדות. להמחשה הם הוסיפו לדיו כמות קטנה של צבען אנטי-מיקרוביאלי והדפיסו באמצעותו פינצטה כירורגית. החומר האנטי-מיקרוביאלי מופעל רק כשמאירים אותו באור פלואורסצנטי, כך שאפשר לאחסן את הכלי לאורך זמן בלי לאבד את תכונותיו. כשחייבים לנתח אדם בתנאים לא סטריליים, פינצטה כזאת תוכל להקטין את הסיכון לזיהום חיידקי.
החוקרים מנסים כעת לשלב את התהליך במערכת מסחרית. לדבריהם, הדפסה שמבוססת על נידוף אצטון במקום חימום עשויה להיות מהירה יותר. עם זאת, המערכת מחייבת שימוש בכמויות גדולות של אצטון בכל הדפסה. כדי להתמודד עם זה הם מציעים לפתח מערכת למיחזור האצטון שמתנדף, שתוזיל את ההדפסה וגם תהיה ידידותית יותר לסביבה.
