Материаловеды Николь Клегер и Симона Фельманн разработали процесс 3D-печати для создания шаблонов из соли, которые они могут заполнить другими материалами. Одной из областей применения является создание высокопористых легких металлических компонентов. Два стипендиата Pioneer сейчас пытаются внедрить этот процесс в промышленность.
Не так давно исследователи материалов совершили переворот: они использовали 3D-принтер для создания каркаса из соли, который затем заполнили жидким магнием. После того, как легкий металл остыл и затвердел, исследователи выщелачивали солевой каркас, в результате чего получился объект из высокопористого магния, который можно было бы использовать, например, в качестве биоразлагаемого костного имплантата.
Оригинальная технология успешно усовершенствована
Теперь ведущий автор этого исследования Николь Клегер и ее бывшая студентка магистратуры Симона Фельманн опубликовали еще одну статью в журнале Advanced Materials. В нем они сообщают, что вместе с междисциплинарной командой они усовершенствовали и модифицировали свой процесс для производства более сложных соляных каркасов с еще более мелкими порами.
Вместо использования экструзионного принтера, который печатает тонкие нити соляной пасты в виде сетки из тонкого сопла, исследователи под руководством Клегера и Фельманна использовали стереолитографическое устройство и чернила на основе частиц соли.
Смешав чернила с подходящими мономерами, ученые сделали их светочувствительными. Это означает, что под воздействием света мономеры объединяются, образуя твердые полимеры во время процесса. Это позволяет строить сложные структуры слой за слоем. Созданный таким образом солевой каркас затем служит формой или негативным шаблоном, который нужно заполнить другим материалом.
На следующем этапе этого нового процесса материаловеды заполнили сборные конструкции не только магнием, но и алюминием, пластиком или обернули их углеродным композитным материалом. Их новая техника позволяет исследователям создавать гораздо более сложные объекты, а также уменьшать размер пор с 0,5 мм до 0,1 мм.
От фундаментальных исследований к практике
Эта работа выходит за рамки чисто академической. Клегер и Фельманн начали сотрудничество с пионерами в начале июля. У них есть год, чтобы продемонстрировать возможность коммерциализации технологии.
«Мы хотим выяснить, сможет ли этот процесс пройти тест на реальное использование», — говорит Клегер. Ее деловой партнер не менее заинтересован в том, чтобы результаты лабораторных исследований не пылились в ящике стола. «Для меня важно всегда иметь в виду приложение, так как это поддерживает мою мотивацию», — говорит Фельманн.
Для использования в челюстях и в космосе
У двух исследователей уже есть несколько конкретных идей по коммерциализации их процесса. Одним из возможных применений являются челюстные имплантаты.
«Если человек теряет зуб, челюстная кость под ним очень быстро разрушается», — объясняет Клегер. Перед установкой зубного имплантата кость должна быть восстановлена. В настоящее время хирурги делают это, используя костный материал бедра, но для этого требуется второй хирургический участок.
В качестве альтернативы они могут выбрать индивидуальные костные имплантаты из сплавов магния, в которые могут мигрировать костеобразующие клетки и которые со временем разрушатся. Клегер и Фельманн могли использовать свой процесс для производства имплантатов именно такого типа.
Идея, которая движется в том же направлении, заключается в создании трехмерных каркасов для клеточных культур. Клетки ведут себя в трехмерном пространстве не так, как в двухмерной плоскости, такой как стандартная лабораторная чашка Петри. Имея это в виду, исследователи связались с учеными, которые работают с такими клеточными культурами в лаборатории. Пока неясно, предпочтут ли эти ученые производить такие каркасы самостоятельно, используя процесс Клегера и Фельманна, или вместо этого они предпочтут купить каркасы, готовые к использованию.
Два молодых предпринимателя видят еще одно возможное применение в космических путешествиях. «В космических миссиях вес — это деньги», — говорит Клегер. Поскольку каждый грамм на счету, легкие металлические компоненты, изготовленные по их технологии, идеально подходят для использования в космических кораблях или ракетах.
Кастомизация, а не массовое производство
Однако одно уже ясно этим двум стипендиатам-первопроходцам: их продукция будет не дешевым товаром массового производства, а относительно дорогим продуктом массового производства, изготовленным по индивидуальному заказу. Это связано с тем, что производственный процесс довольно медленный и не позволяет производить очень большие партии в короткие сроки. «Мы не собираемся позиционировать себя на массовом рынке », — говорит Фельманн.
Им еще предстоит принять окончательное решение относительно своей бизнес-модели. «В настоящее время мы анализируем рынок, чтобы выяснить, кто наши потенциальные клиенты и что им действительно нужно», — объясняет Клегер. Они уже провели бесчисленное количество дискуссий со стоматологами и клеточными биологами, а также с компаниями, производящими печатное оборудование.
Крутая кривая обучения в бизнесе
«То, что мы делаем сейчас, в некоторых областях сильно отличается от моего докторского проекта — и кривая обучения, соответственно, крутая», — с улыбкой говорит Клегер.
Фельманн добавляет: «Мы получаем много нового, и нам приходится подходить к вещам иначе, чем в исследованиях. Это обогащает и захватывает».
Две женщины также получают помощь на старте от профессора ETH Андре Стюдарта, в чьей группе сложных материалов они проводили свои исследования. Среди вещей, которые он предоставит им в наступающем году, — лабораторное рабочее место и печатное оборудование. «Мы рады, что можем продолжать работать здесь некоторое время», — говорит Клегер.
Более того, они смогут воспользоваться опытом других основателей стартапов из группы Штударта. «Мы находимся в тесном контакте со всеми четырьмя компаниями, которые вышли из группы, — говорит Клегер.
Они также придумали название для своего стартапа: «Саллеа», что-то вроде «выщелачивания соли». Таким образом, процесс, который они хотят вывести на рынок, дал имя молодой компании. В какой-то момент они подадут заявку на получение ярлыка «выделение ETH». Но на данный момент предстоит еще много работы по развитию, и тогда два стипендиата Pioneer увидят, превратится ли их успешная исследовательская работа в прибыльную компанию.
