LEHDISTÖTIEDOTE: VTT kehittää 3D-tulostusmateriaaleja haavanhoitoon ja dekoratiivisiin elementteihin
Nanoselluloosafibrilleillä on ominaisuuksia, joiden avulla voidaan parantaa biopohjaisten 3D-tulostuspastojen ominaisuuksia. VTT kehittää sairaalakäyttöön 3D-haavanhoitotuotetta monitoroimaan haavan kuntoa. Ensimmäiset kaupalliset nanosellusovellukset nähdään sitä ennen kuitenkin sisustuselementeissä, tekstiileissä ja mallikappaleiden tuotannossa.
3D-tulostus on osoittautunut tehokkaaksi valmistustavaksi monimutkaisten, yksilöllisten ja kevyiden rakenteiden valmistamiseksi. 3D-tulostusmateriaaleina käytetään kestomuovien lisäksi metalleja, keraameja ja elintarvikkeita. Biomateriaalivalikoima on pastatulostuksessa vielä melko rajoittunut, sillä haasteena on tuottaa pastoja, joiden rakenne ei romahda tulostuksen aikana, ja joista saadaan kuivumisen jälkeen riittävän lujia, jäykkiä tai taipuisia esineitä. 3D-filamenteissa biomateriaaleja on jo käytössä kaupallisissa tuotteissa.
Nanosellufibrillit tarjoavat mahdollisuuden kehittää markkinoille kestäviä, biopohjaisia 3D-tulostusmateriaaleja. Ne voivat olla vaihtoehto käytössä oleville kemikaaleille, esimerkiksi hartseille, synteettisille paksuntajille ja lujuutta lisääville aineille sekä muoveille, joiden käytöstä saattaa syntyä haitallisia päästöjä ja jopa allergisoviakin yhdisteitä.
3D-tekniikkaa haavojen hoitoon
Nanoselluloosa on houkutteleva vaihtoehto lääketieteellisille hoitosovelluksille esimerkiksi lääkemolekyylien kantajana. VTT kehittää parhaillaan ratkaisua, jossa 3D-laastariin liitetyn proteiinin avulla voidaan edesauttaa ihosolujen kasvua haavan ympärillä ja samalla pyrkimys on tehdä haava-alueesta joustava jäykän arpikudoksen sijaan. Kehitystä tehdään yhteistyössä Tampereen yliopiston kanssa Suomen Akatemian myöntämällä rahoituksella BioDisp3D-hankkeessa. Samaa materiaalikehitystä voidaan hyödyntää myös kosmetiikkateollisuudessa tai esimerkiksi keinotekoisen luun valmistuksessa.
”Olemme onnistuneet tekemään nanoselluloosaa hyödyntäen 3D-rakenteita, jotka imevät nestettä kolme kertaa tehokkaammin kuin vertailussa olleet haavojen hoidossa käytettävät alginaattikuitukangastaitokset”, kertoo Panu Lahtinen VTT:stä.
VTT:n haavanhoitoprototyypissä yhdistyvät nanoselluloosa, haavan hoidossa käytettävä proteiini sekä haavan paranemista mittaava painettu elektroniikka: mittauselektrodit on painettu hopeamusteella polyuretaaninanoselluloosasta valmistetulle filmille ja elektrodeihin voidaan kytkeä VTT:n kehittämä langaton FlexNode-lukija. Elektrodeja suojaa filmistä tehty toinen laminointikerros. Laminoinnin päälle on tulostettu 3D-tekniikalla haavanhoitogeeli, jonka hoitavat elementit ovat nanosellu, alginaatti ja glyseroli. VTT:n kehittämä, joustava FlexNode-lukija siirtää haavan lämpötilatietoa tai bioimpedanssia langattomasti tietokoneelle hoitohenkilökunnan käyttöön. Lukijalaite voidaan liittää haavaan ja kiinnittää potilaaseen sideharsolla.
Nanosellua ei ole vielä hyväksytty lääkekäyttöön, joten menee useita vuosia ennen kuin sovellus päätyy sairaalakäyttöön.
Dekoratiiviset elementit
VTT kehittää biopohjaisia tulostusmateriaaleja myös tekstiilituotteiden muokkaamiseen, sisustuselementteihin, kappaletavaroihin sekä terapiasovelluksiin haavan hoidossa Tekesin DWoC- ja NoMa - projekteissa. Erilaisilla materiaaliyhdistelmillä voidaan tulostaa sekä joustavia että jäykkiä rakenteita sovelluksen tarpeesta riippuen. Ominaisuuksia voidaan räätälöidä myös muilla tavoin.
Nanosellu lisää mahdollisuuksia uusien pintakuvioiden luomiseen dekoratiivisiin elementteihin. Kehitystyö edellyttää vielä valon ja kosteuden testaamista erilaisissa käyttökohteissa. Tulostusmateriaaleja voidaan käyttää myös yksilöllisten muottien 3D-tulostukseen.
Nanoselluloosafibrillit
Esimerkiksi selluloosasta, maatalous- tai elintarviketuotannon sivuvirroista valmistettavat nanoselluloosafibrillit (CNF) soveltuvat 3D-tulostuspastaan lujuutensa, viskositeetin säätökyvyn ja biohajoavuutensa ansiosta. Niillä voidaan parantaa erityisesti 3D-rakenteiden lujuutta. Ristisilloittamalla fibrillejä voidaan vaikuttaa siihen, tuleeko rakenteesta paremmin kosteutta kestävä, jäykkä vai joustava.
Erinomaisen vedensitomiskyvyn ansiosta tulostuspastoista saadaan riittävän sitkasta massaa 3D-tulostusprosessiin. 3D-tulostuspasta voi sisältää vettä jopa puolet ilman, että pasta valuu tulostuksen aikana.
VTT:llä on kehitetty nanoselluloosafibrillien avulla joustavia, jäykkiä ja huokoisia rakenteita. Joustavan rakenteen valmistaminen biopohjaisista materiaaleista on haastavaa, koska kuivuessaan esine kovettuu ja jäykistyy.
MEDIAMATERIAALI: https://www.flickr.com/photos/149240221@N02/sets/72157686057248201
Viitteet:
VTT on jättänyt 3D-tulostusmateriaaleihin liittyvän patenttihakemuksen FI20166054 vuonna 2016.
Julkaisu haavanhoidosta: Leppiniemi & al., 3D-Printable Bioactivated Nanocellulose-Alginate Hydrogels, ACS Applied materials & interfaces, 2017.
Esitelmä: Lahtinen et al., Multicomponent printing pastes for 3D printing bio-based hydrogels, Biofor 2017, Montreal 15.2.2017.
Esitelmä: Tenhunen et al., 3D-printing of cellulosic materials – properties and suitability on cellulosic fabrics, 253rd ACS national meeting, 2-6.4.2017, San Francisco.
Lisätietoja:
Teknologian tutkimuskeskus VTT Oy
Erikoistutkija Panu Lahtinen
panu.lahtinen@vtt.fi, puh. 040 5349794
Lisätietoja VTT:stä:
Milka Lahnalammi-Vesivalo
Viestintäpäällikkö
puh. 040 545 7828
milka.lahnalammi-vesivalo@vtt.fi
www.vtt.fi
Teknologian tutkimuskeskus VTT Oy on yksi Euroopan johtavista tutkimus- ja teknologiaorganisaatioista. Tuotamme teknologiseen ja tieteelliseen osaamiseemme pohjautuvia innovaatiopalveluja asiakkaillemme ja yhteistyökumppaneillemme. Käytämme vuosittain 4 000 000 tuntia aivovoimaa uusien älykkäiden teknologioiden, kilpailukykyä tehostavien ratkaisujen sekä innovatiivisten palvelujen tuottamiseen. Lue lisää: www.vtt.fi Twitter @VTTFinland, Facebook, LinkedIn, YouTube ja Instagram.
Avainsanat: