Τριδιάστατη εκτύπωση (3D printing) υβριδικών υδρογελών για βιολογικές εφαρμογές - Ανάλυση και βελτιστοποίηση των παραμέτρων της διεργασίας - Διαμάντη, Έλενα Θωμαή (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Επιστήμης και Τεχνικής των Υλικών (ΙΙΙ), 2017)
Στην παρούσα εργασία έγινε σύνθεση υβριδικών νανοδομημένων υλικών αποτελούμενων από κρυστάλλους υδροξυαπατίτη και βιομόρια (χιτοζάνη, κολλαγόνο) με στόχο την τριδιάστατη εκτύπωση εμφυτεύσιμων υλικών με ενισχυμένη βιοσυμβατότητα και βιοδραστικότητα για οστική ανάπλαση. Ο χαρακτηρισμός του υλικού κι η επιβεβαίωση της σύνθεσης του υδροξυαπατίτη εργαστηριακά έγινε με Φασματοσκοπία Υπερύθρου με Μετασχηματισμό Fourier Εξασθενημένης Ολικής Ανάκλασης (FTIR-ATR). Η ανάπτυξη τριδιάστατων υβριδικών ικριωμάτων υδροξυαπατίτη-βιομορίων καθορισμένης μικρο-αρχιτεκτονικής και μακροπορώδους έγινε μέσω τριδιάστατης εκτύπωσης (3D printing) των υλικών που αναπτύχθηκαν σε σύστημα αυτοματοποιημένης εξώθησης και επιλεκτικής εναπόθεσης υλικού σε ρευστή κατάσταση. Απαραίτητη προϋπόθεση για την εκτυπωσιμότητα του υλικού αποτέλεσε η προσθήκη υδρογέλης ζελατίνης με στόχο τη βελτίωση της ρεολογικής συμπεριφοράς του υλικού προς εκτύπωση. Εξετάστηκε η επίδραση των κατασκευαστικών παραμέτρων F (ταχύτητα πρόωσης), E (απόσταση μετατόπισης εμβόλου), πλάτος μεμονωμένων ινών και ποσοστό πληρώσεως πλέγματος στα γεωμετρικά χαρακτηριστικά και τη διαστατική ακρίβεια των εκτυπωμένων δομών. Για την εύρεση των βέλτιστων παραμέτρων εκτύπωσης των υλικών που αναπτύχθηκαν σχεδιάστηκαν κυλινδρικά δοκίμια διαμέτρου 2cm, στα οποία μελετήθηκε η επίδραση των κατασκευαστικών παραμέτρων. Για την εκτύπωση των υβριδικών ικριωμάτων υδρογελών έγινε τροποποίηση του g κώδικα θερμοπλαστικών υλικών και τροποποίηση του 3D printer για υποστήριξη εκτύπωσης υδρογελών. Για την επίτευξη εσωτερικού μικροπορώδους στα εκτυπωμένα ικριώματα έγινε λυοφιλίωση και εξάχνωση των κρυστάλλων νερού που περιέχονταν σε αυτά. Όλα τα δείγματα παρατηρήθηκαν πριν και μετά την εξάχνωση του νερού μέσω οπτικής μικροσκοπίας, με στόχο την εύρεση του ποσοστού συρρικνώσεως και του βέλτιστου πλέγματος εκτύπωσης. Τα τριδιάστατα εκτυπωμένα ικριώματα υδροξυαπατίτη-βιομορίων που προέκυψαν μετά από τη μέθοδο της λυοφιλίωσης χαρακτηρίστηκαν ως προς τη δομή, το εσωτερικό πορώδες και τη διασυνδεσιμότητα των πόρων τους μέσω Ηλεκτρονική Μικροσκοπίας Σάρωσης (SEM) και Μικροϋπολογιστικής Τομογραφίας (microCT). Τα παραγόμενα ικριώματα χαρακτηρίστηκαν από διασυνδεδεμένο πορώδες δίκτυο, διπλής κατανομής μεγέθους πόρων σε μικρο- και μακροκλίμακα και ικανοποιητικές μηχανικές αντοχές.