Polimer PEG yang Dapat Dicetak 3D Dapat Mengubah MedTech

Para insinyur University of Virginia telah mencapai terobosan penting dalam teknologi polimer. Desain baru mereka menawarkan ketahanan dan fleksibilitas yang lebih tinggi dibandingkan pendahulunya. Material ini juga dapat dicetak 3D dan aman bagi manusia, sehingga membuka peluang inovasi di berbagai industri. Berikut hal-hal yang perlu diketahui.

Jaringan Polyethylene Glycol (PEG)

Penelitian ini berfokus pada jaringan polietilena glikol (PEG). Struktur tersebut semakin banyak digunakan di bidang biomedis, terutama untuk rekayasa jaringan, penghantaran obat, dan berbagai aplikasi penyelamat jiwa lainnya.

Polietilena glikol pertama kali diproduksi pada 1859, ketika kimiawan Portugal A. V. Lourenço dan kimiawan Prancis Charles Adolphe Wurtz secara terpisah melaporkan produk polietilena glikol. Penggunaan PEG dalam bidang biomedis meningkat pesat setelah bahan ini masuk ke farmakope utama pada sekitar pertengahan abad ke-20. Sejak saat itu, desain dan pengembangan PEG terus disempurnakan. Belakangan ini, PEG juga diteliti sebagai bahan yang berpotensi digunakan untuk membuat sel baterai.

Masalah pada PEG

Walaupun aplikasinya terus bertambah, masih ada beberapa kelemahan yang perlu diatasi agar manfaatnya semakin luas. Salah satunya, metode produksi saat ini mahal dan rumit.

Metode tersebut menggunakan sistem berbasis air untuk mendukung ikatan silang polimer linear. Air menopang struktur ketika proses kristalisasi berlangsung. Setelah jaringan polimer terbentuk, air dikeluarkan dan menyisakan struktur akhir.

Pendekatan ini memakan waktu, mahal, dan sulit ditingkatkan skalanya. Jaringan PEG yang dihasilkan juga sangat rapuh. Struktur kristal yang mudah pecah tersebut tidak fleksibel, sehingga membatasi penggunaannya, khususnya untuk aplikasi biomedis.

Studi Polimer Cetak 3D

Sebuah tim insinyur berhasil menemukan cara yang lebih mudah untuk memproduksi jaringan PEG sekaligus menghasilkan alternatif yang lebih fleksibel dibandingkan pilihan saat ini. Studi terbaru berjudul Manufaktur aditif hidrogel dan elastomer polietilena glikol yang dapat diregangkan dengan arsitektur molekuler terkode¹ memperkenalkan pendekatan baru terhadap jaringan PEG yang berpotensi mendorong penerapannya.

Sumber- Advanced Materials

Mengapa Kelonggaran Penting dalam Jaringan PEG

Tujuan utama penelitian ini adalah membuat jaringan PEG lebih fleksibel. Jaringan yang dapat diregangkan bisa menjalankan lebih banyak fungsi, digunakan dalam lebih banyak aplikasi medis, dan diterapkan pada skala yang lebih besar. Tujuan akhirnya adalah memakai struktur tersebut sebagai perancah untuk pertumbuhan organ sintetis.

Aman bagi Sistem Imun

Dalam penelitian ini, tim harus memastikan bahwa perubahan material pada jaringan PEG tidak memicu respons imun. Sistem imun mendeteksi benda asing dan menyingkirkannya dari tubuh, sehingga hal ini menjadi masalah untuk implan. Karena itu, para insinyur memulai proses dengan meneliti dan menyintesis material serta struktur yang aman bagi sistem imun.

Dapat Dicetak 3D

Langkah berikutnya adalah memastikan material tersebut dapat dicetak 3D. Penelitian ini akhirnya menghasilkan hidrogel berbasis PEG yang sangat elastis dan memadukan elastomer tanpa pelarut. Tim mencatat bahwa, berbeda dari pendekatan berbasis air, jaringan tersebut dapat dibuat melalui fotopolimerisasi cepat menggunakan bahan kimia komersial yang tersedia.

Struktur Kompleks

Keputusan untuk menggunakan printer 3D merupakan langkah besar yang membuka peluang bagi parameter desain yang lebih rumit dan berguna. Tim juga menemukan bahwa struktur dapat dibentuk menjadi pola kompleks hanya dengan menyesuaikan cahaya ultraviolet.

Para peneliti membuat beberapa struktur berbeda yang masing-masing memberikan manfaat tersendiri. Sebagian bersifat kaku, sedangkan yang lain dapat diregangkan atau ditekuk. Semuanya dibuat menggunakan elastomer tanpa pelarut, sehingga lebih mudah disesuaikan.

Botol Sikat Lipat

Para insinyur menyimpulkan bahwa rantai linear bukanlah pilihan terbaik. Sebagai gantinya, mereka memperkenalkan arsitektur sikat botol yang dapat dilipat. Desain ini menggunakan struktur internal untuk memberikan kemampuan mekanis seperti memutar, meregang, dan menekuk.

Arsitektur sikat botol memungkinkan para insinyur mencegah kristalisasi dan meningkatkan ketahanan struktur. Polimer berkekuatan tinggi ini dapat memanjang seperti akordeon tanpa kehilangan kekuatan. Tim menyimpulkan bahwa arsitektur tersebut seharusnya kompatibel dengan sebagian besar sistem polimer berbasis PEG, sehingga secara signifikan memperluas potensi aplikasi biomedis dan rekayasanya.

Pelapisan

Tim membangun struktur dengan pendekatan berlapis. Setiap lapisan dibentuk di bawah cahaya ultraviolet, dikeraskan, lalu dilapisi kembali dengan bagian berikutnya. Prosesnya hanya membutuhkan beberapa detik dan mampu mencetak geometri yang kompleks.

Pengujian Biokompatibilitas dan Kinerja Struktural

Pada tahap pengujian, para insinyur memeriksa apakah PEG kompatibel dengan sel, yang merupakan syarat utama untuk aplikasi perancah jaringan. Mereka membuat kultur sel, memasukkannya ke dalam perancah, lalu memantau kemungkinan reaksi.

Para peneliti juga menilai kemampuan proses tersebut dalam mendukung struktur kompleks. Sebagai contoh, mereka mencetak geometri menyerupai organ yang kompatibel dengan sel.

Hasil Kekuatan Mekanik & Biokompatibilitas

Hasil pengujiannya menggembirakan. Tim menemukan bahwa jaringan PEG tersebut tangguh secara mekanis sekaligus biokompatibel. Sel yang dikultur tetap beraktivitas tanpa menunjukkan reaksi merugikan terhadap jaringan PEG, sehingga membuka peluang penggunaan medis.

Pengujian juga menunjukkan bahwa struktur ini jauh lebih tahan lama dibandingkan pendahulunya. Hidrogel dan elastomernya memiliki modulus sekitar 1 hingga 100 kPa. Regangan putus tariknya juga meningkat sebesar 1500%.

Geser untuk menggulir →

Arsitektur Tingkat Lanjut

Studi tersebut menunjukkan bahwa metode pencetakan 3D memberikan fleksibilitas terbesar dalam desain struktur. Setiap struktur dicetak secara terarah tanpa kehilangan kemampuan untuk diregangkan. Seluruh proses juga dilakukan pada suhu ruangan.

Manfaat Utama Material PEG yang Dapat Dicetak 3D

Material PEG yang dapat dicetak 3D menawarkan beberapa manfaat. Salah satunya, material ini lebih ramah lingkungan. Proses pada suhu ruangan mengurangi biaya dan kerumitan, sehingga memungkinkan produksi berskala besar pada masa depan.

Keberagaman

Keserbagunaan pendekatan pencetakan 3D tidak dapat diabaikan. Printer 3D memungkinkan para insinyur membuat struktur yang lebih canggih, yang suatu hari dapat menjadi komponen penting dalam organ hasil budidaya buatan dan teknologi medis maju lainnya.

Aplikasi Dunia Nyata & Garis Waktu untuk PEG yang Dapat Dicetak 3D

Jaringan PEG sikat botol yang dapat dikeraskan dengan cahaya berpotensi digunakan di berbagai industri. Jaringan mikroskopis ini dapat menjadi dasar bagi logam berarsitektur mikro, jaringan pembuluh biomimetik fungsional, dan banyak aplikasi lainnya. Berikut beberapa potensi penggunaannya.

MedTech

Aplikasi utama dan terpenting dari teknologi ini adalah bidang kedokteran regeneratif. Daftar tunggu organ terus bertambah, dan banyak orang tidak pernah menerima organ yang mereka perlukan untuk transplantasi. Kemampuan menumbuhkan organ manusia dapat membantu mengatasi masalah ini secara global dan mengawali era baru layanan kesehatan.

Teknologi Baterai

Penggunaan menjanjikan lainnya adalah pembuatan baterai yang lebih bertenaga dan ringan. Struktur ini dapat berfungsi sebagai sel dan memungkinkan elektrolit padat dengan kinerja sangat tinggi.

Garis Waktu Komersialisasi untuk PEG Botol Sikat

Teknologi ini dapat memasuki pasar dalam lima tahun mendatang. Permintaan terhadap pilihan baterai yang lebih ringan dan tangguh sangat besar, dan teknologi ini dapat membantu mewujudkan tujuan tersebut.

Mungkin diperlukan sepuluh tahun atau lebih sebelum teknologi ini cukup maju untuk digunakan dalam menumbuhkan organ buatan. Penelitian tambahan, termasuk pengujian dan persetujuan regulator, masih diperlukan dan dapat memperlambat prosesnya.

Peneliti Polimer Cetak 3D

Soft Biomatter Laboratory di University of Virginia memimpin penelitian ini. Makalah tersebut mencantumkan Baiqiang Huang, Myoeum Kim, Pu Zhang, Emmanuel Oduro, Daniel A. Rau, dan Li-Heng Cai sebagai kontributor utama. Penelitian ini melanjutkan proyek lain ketika tim tersebut menciptakan polimer sintetis yang sangat tahan lama.

Penelitian ini mendapat pendanaan dari UVA LaunchPad for Diabetes, National Science Foundation, National Institutes of Health, serta Commonwealth Commercialization Fund milik Virginia Innovation Partnership Corporation.

Masa Depan Polimer Cetak 3D

Para insinyur selanjutnya akan meneliti struktur dan material lain. Tujuannya adalah mengembangkan lebih banyak material yang dapat dicetak 3D untuk tugas tertentu, sehingga membuka peluang bagi produk, perawatan, dan solusi lain yang lebih ringan serta tahan lama.

Berinvestasi dalam Inovasi MedTech

Sejumlah perusahaan bioteknologi terus memperluas batas kemampuan pembuatan jaringan dan pengembangan teknologi medis lainnya. Mereka membelanjakan jutaan dolar setiap tahun untuk meneliti cara meningkatkan pendekatan saat ini atau mengembangkan metode yang lebih baik. Perusahaan berikut terus mendorong inovasi di pasar bioteknologi.

United Therapeutics

United Therapeutics (UTHR ) yang berbasis di Maryland mulai beroperasi pada 1996. Pendirinya, Martine Rothblatt, melihat kebutuhan mendesak akan pengobatan yang lebih baik setelah putrinya didiagnosis menderita hipertensi arteri pulmonal (PAH). Ia membangun perusahaan tersebut untuk mengembangkan terapi penyelamat jiwa bagi penyakit langka yang sering kali mematikan ini.

United Therapeutics menawarkan sejumlah perawatan dan obat yang digunakan secara global. Produk utamanya adalah Remodulin (treprostinil), yang terbukti membantu menangani PAH dan penyakit terkait jantung lainnya. Mereka yang mencari perusahaan teknologi medis mapan dengan tujuan yang jelas sebaiknya meneliti United Therapeutics lebih lanjut.

Berita Saham dan Kinerja Terbaru United Therapeutics (UTHR)

Polimer Cetak 3D | Kesimpulan

Karya para insinyur ini akan berdampak besar pada bidang medis dan baterai dalam dekade mendatang. Selain itu, penelitian tersebut akan mendorong inovasi di berbagai industri dan dapat menghasilkan terobosan medis yang menyelamatkan jiwa. Karena itu, tim ini layak mendapatkan apresiasi besar.

Pelajari tentang Terobosan BioTech Menarik Lainnya Di sini.

Referensi

^{1. Huang, B., Kim, M., Zhang, P., Oduro, E., Rau, D. A., & Cai, H. Manufaktur aditif hidrogel dan elastomer polietilena glikol yang dapat diregangkan dengan arsitektur molekuler terkode. Advanced Materials, e12806. https://doi.org/10.1002/adma.202512806}