Sciencemag.cz
Doporučujeme
3D tisk existuje již nějakou dobu, takže je na čase přejít k technologii 4D – čtvrtý rozměr zde znamená čas, jinak řečeno jde o tvorbu objektů, které budou definovaným způsobem měnit tvar.
Jennifer Lewisová a její kolegové z Harvardovy univerzity přišli s materiály a postupy, které se inspirují rostlinnými pletivy. Květy, listy a stonky se různě natáčejí a rostou, nicméně se tak děje omezeným způsobem (např. jen v „povolených“ směrech). Řízení růstu a pohybu obstarávají zejména celulózová vlákna, odlišně ohebná a roztažná v různých směrech. Výzkumníci proto připravili speciální směs z celulózových vláken v hydrogelu (akrylamidu), kterou vytiskli. Vzniklo tím želé, jehož tvar se měnil např. v závislosti na tom, jak struktura vysychala nebo jak do ní naopak pronikala vlhkost. Nešlo o prostou objemovou roztažnost, ale přesně předdefinované transformace, a to i docela komplexní – struktura se např. mohla stáčet do šroubovice, imitovat chování slunečnice či orchideje.
Techniky tisku mohou být různé, zmíněný 3D tisk směsi, ale i vytlačování celulózových vláken do gelu. Výhodou při 3D tisku do gelu (to se týká i jiných postupů) je to, že takto lze vytvořit komplexní objekty, které by se jinak rozpadly vlastní vahou, tj. bylo by je třeba vytvářet po částech a až pak skládat. Gel ovšem je do jisté míry pohyblivý, což může negativně ovlivnit přesnost výsledku.
Způsob vytištění vláken bez ohledu na zvolenou technologii přesně definuje, jak se budou dále moci ohýbat a kroutit. Detailní přehled o chování struktury lze získat třeba tak, že různé její složky fluorescenčně označíme a pak budeme sledovat proměny barevných vzorů.
Podle studie publikované v časopisu Nature Materials by hlavním využitím 4D tisku mohlo v tuto chvíli být tkáňové inženýrství. Celé orgány nebo třeba sítě cév by se netiskly ve finální podobě, ale nechaly se složit. Navíc takto můžeme připravit i umělé struktury, které budou podobně jako mnohé komponenty živých organismů svůj tvar měnit i cyklicky v závislosti na tlaku, teplotě, chemických signálech nebo již zmíněné vlhkosti. Opět přitom půjde o předem nadefinované a přesné změny, nikoliv prostou objemovou roztažnost.
V nanoměřítku se pro skládání složitých objektů využívá mj. i schopnosti DNA stáčet se do známé šroubovice. Pokud na jednotlivá místa DNA připojíme další částice, můžeme získat požadovanou geometrii.
