Toksik olmayan ‘ışıkla etkinleşen’ bileşik, gelişmiş biyomateryallerin daha güvenli 3D baskısı için umut vaat ediyor

Singapur Nanyang Teknoloji Üniversitesi’nden (NTU Singapur) bilim adamları, 3D baskı, kozmetik ve tıpta daha güvenli ve daha çok yönlü uygulamalara yol açabilecek yeni bir ışıkla aktifleşen bileşik sınıfı geliştirdiler.

Aril diazirin fotobaşlatıcılar olarak bilinen bu bileşikler, sıvı reçineleri ışık kullanarak hızlı ve hassas bir şekilde sert plastiklere katılaştırmak için kullanılır. Mevcut endüstri standardı foto başlatıcılar sıklıkla toksisite ve sudaki zayıf çözünürlük sorunlarıyla karşı karşıyadır.

NTU çalışması yayınlandı NPG Asya Malzemeleriyeni aril diazin fotobaşlatıcıların yalnızca insan hücreleri için toksik olmadığını değil, aynı zamanda azaltılmış malzeme büzülmesi ve su bazlı sürdürülebilir reçinelerle uyumluluk dahil olmak üzere üstün performans sunduğunu da gösteriyor. Makalenin başlığı “Toksik olmayan aril diazirin fotobaşlatıcılar.”

Daha güvenli, daha yeşil bir alternatif

Fotobaşlatıcılar, elektronikleri mühürleyen yapıştırıcılardan doku mühendisliğinde kullanılan biyouyumlu hidrojellere kadar her şeyin önemli bir bileşenidir. Işığa maruz kaldıklarında, polimerizasyon adı verilen ve sıvı malzemeleri saniyeler içinde katı hale getiren kimyasal bir reaksiyonu başlatırlar.

Bununla birlikte, difenil(2,4,6-trimetilbenzoil)fosfin oksit (TPO) ve fenilbis(2,4,6-trimetilbenzoil)fosfin oksit (BAPO) gibi en yaygın fotobaşlatıcılar üreme toksinleri olarak tanımlanmış olup, daha güvenli alternatiflere acil bir ihtiyaç yaratmaktadır. Hatta hem TPO hem de BAPO, sağlık endişeleri nedeniyle Avrupa Birliği (AB) gibi bazı bölgelerde yasaklanıyor. Yasak, hızlı ve güvenilir kürleme için TPO’ya bel bağlayan jel-tırnak sektörünü sekteye uğrattı.

Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Okulu’ndan Profesör Terry WJ Steele liderliğindeki NTU ekibi, aril diazirinlerin oldukça etkili ve biyouyumlu bir alternatif olduğunu buldu.

Steele şunları söyledi: “En etkili ve yaygın olarak kullanılan fotobaşlatıcılar toksisite nedeniyle ortadan kaldırıldığı için sektör büyük bir zorlukla karşı karşıya. Amacımız sadece güvenli ve biyouyumlu olmakla kalmayıp aynı zamanda mevcut malzemelerin performansını da artıran yeni bir ‘aktivatör’ geliştirmekti. Yenilik için yeni olanaklar açarken toksisite sorununu doğrudan ele alan bir çözüm yarattık.”

Temel teknik engellerin aşılması

Çalışmanın önemli bulgularından biri, yeni fotobaşlatıcıların, sıvı reçine sertleştiğinde tipik olarak meydana gelen büzülmeyi azaltma yeteneğidir. Aril diazinler, kürleme işlemi sırasında nitrojen gazı açığa çıkarır; bu özellik, bu daralmayı ortadan kaldıracak şekilde ayarlanarak daha stabil ve güvenilir nihai ürünlere yol açar.

Ayrıca bu yeni bileşiklerin birçoğu oda sıcaklığında su ve sıvı içinde çözünebilmektedir. Bu davranış, kullanımı kolaylaştırır ve organik çözücülerin önlendiği “daha yeşil” üretimde ve hassas biyomedikal uygulamalarda kullanılmalarına olanak tanır.

Steele, “Yeni foto başlatıcılarımızı gerçekten diğerlerinden ayıran şey, benzersiz fayda kombinasyonudur. Sadece toksik olmamakla kalmıyor, aynı zamanda 3D baskı ve diş hekimliği gibi yüksek hassasiyetli alanlarda kritik bir sorun olan uzun süredir devam eden malzeme büzülme sorununu da çözüyorlar. Sıvı formları ve suda çözünürlükleri, onları inanılmaz derecede kolaylaştırıyor ve sürdürülebilir, su bazlı sistemlere entegre edilmesini sağlıyor, bu da endüstri için büyük bir avantaj.” dedi.

İmalat ve tıpta gelecekteki uygulamalar

NTU araştırmacıları yeni teknolojiyi gerçek dünyadaki çeşitli kullanımlarda gösterdiler. Sürdürülebilir, soya fasulyesi yağı bazlı bir reçineden su geçirmez “yerinde form” contalar ve 3D baskılı mikroakışkan kanallar ürettiler. Ekip, yeni bileşiklerin canlı hücre kapsülleme ve gıda paketleme için de umut verici olduğunu belirtiyor.

Ayrıca alttaki cilde zarar vermeden uzunluğunun üç buçuk katından fazlasına kadar uzayabilen esnek bir cilt biyoyapıştırıcısı da ürettiler. Ayrıca uzun süreli tıbbi kateterler için koruyucu bir bariyer görevi görür.

Bulguları, güvenlik ve performansın çok önemli olduğu gelişmiş üretim, biyomalzemeler ve hatta giyilebilir elektroniklerde kullanılmak üzere yeni nesil ışıkla kürlenebilen malzemelerin yolunu açıyor.

Baş yazar Naziruddin Ali, “Bir sonraki adımımız, laboratuvar bulgularımız ile endüstriyel ölçekli üretim arasındaki boşluğu doldurarak bu güvenli aktivatörlerin küresel ortaklar tarafından kolayca benimsenmesini sağlamaktır” dedi.