Student ontdekt 3D-printbare inkt waar ‘iedereen naar op zoek was’, zegt natuurkundeprofessor

Het vinden van een 3D-printbare inkt die elektriciteit geleidt, maar toch sterk, flexibel en rekbaar is, is een doel van materiaalwetenschappers over de hele wereld sinds het begin van 3D-printen, zegt Daeha Joung, Ph.D., een assistent-professor bij de afdeling Natuurkunde van College of Humanities and Sciences van Virginia Commonwealth University.

Dus vorig jaar, toen Andy Shar zijn lab binnenkwam, enthousiast om naar de oplossing te zoeken, was Joung ongerust, maar hij gaf Shar een kans. En hij is dankbaar dat hij dat deed.

“Ik probeerde die inkt zelf te vinden,” zei Joung. ‘Maar op de een of andere manier heeft Andy het recept ontdekt.’

De ontdekking heeft nieuwe kansen geopend voor Shar, die nu een tweedejaarsstudent is met als hoofdvak biologie aan het College of Humanities and Sciences en als bijvak religieuze studies aan de School of World Studies. Hij heeft met Joung en zijn onderzoeksteam samengewerkt via het VCU Undergraduate Research Opportunities Program.

Naast Phillip Glass, een student in de Ph.D. in het programma nanowetenschap en nanotechnologie heeft Shar twee academische papers gepubliceerd, waaronder een in het journaal Geavanceerde functionele materialen waarvoor hij diende als de eerste auteur. Hij heeft ook nog een andere ingediend – plus een boekhoofdstuk – en is uitgenodigd om op conferenties over de ontdekking te presenteren.

“Het materiaal dat we ontdekten was een composiet van siliconen – polydimethylsiloxine of PDMS – en we verspreidden koolstofnanobuisjes of CNT in die siliconen, wat iets is dat nogal moeilijk is om te doen, ” zei Shar. “We hebben hiervoor een vrij eenvoudige, milieuvriendelijke techniek gebruikt die bij kamertemperatuur kan plaatsvinden. Omdat het fabricageproces eenvoudig is, is het toegankelijk voor andere mensen en misschien zelfs voor bedrijven die het commercieel willen gebruiken.”

Joung, Shar en Glass blijven de 3D-afdrukbare inkt gebruiken bij de ontwikkeling van aanpasbare apparaten voor het bewaken van de gezondheid van patiënten en van elektronische huid- of eSkin-draagbare sensoren om beweging van gewrichten te detecteren of de gezondheid van hart en luchtwegen te bewaken.

“Wat Dr. Joung echt heeft gepionierd, is het gebruik van 3D-printen om steigers te maken die de architectuur van het ruggenmerg kunnen simuleren, ” zei Shar. Hij en Joung hopen dat deze technologie, doordrenkt met biogeprinte informatie waarmee cellen opnieuw kunnen groeien, mensen met ruggenmergletsel kan helpen hun sensorische en motorische functie terug te krijgen.

Hier wisselen student en mentor van gedachten over wat ze hebben geleerd door samen te werken.

Andy Shar

Wat trok je aan in dit project?

Ik begin bij het begin en ga naar wat me in de eerste plaats aantrok in het laboratorium van Dr. Joung: [my] eerdere ervaringen met onderzoek op de middelbare school. Ik heb altijd al van praktische dingen gehouden, en materiaalkunde en nanotechnologie waren twee van mijn belangrijkste interesses toen ik bij VCU kwam. Dus ik vond het leuk hoe hij dat integreerde met 3D-printen – iets wat ik nog nooit eerder heb gedaan, maar ik was ook enthousiast om te gebruiken – met biologische toepassingen. Ik ben van plan om de medische wereld in te gaan, dus dat zou iets zijn dat verband houdt met mijn toekomstige beroep. Dus dat was zeker interessant.

Voor dat specifieke project begon ik eigenlijk door samen te werken met Phillip Glass, die een afgestudeerde natuurkundestudent is, aan zijn project, en het werd gewoon een natuurlijke vooruitgang omdat ik hem hielp. Ik had enige interesse in scheikunde en het proces van het maken van de inkt en het maken van het materiaal. En terwijl ik hem hielp, besloot ik mijn eigen beproevingen te doen. En ik waardeer Dr. Joung echt voor het feit dat hij me de flexibiliteit en onafhankelijkheid heeft gegeven om dat te doen. Ik was aan het experimenteren en toen ik eenmaal een inkt had gevonden waarvan ik dacht dat die zou werken, besloten we dat als die uniek genoeg was en bepaalde voordelen had ten opzichte van wat in de literatuur te zien was, we er een paper over konden schrijven. Dus ik heb daar meer onderzoek gedaan.

Wat heb je uit de ervaring gehaald?

Er waren een paar dingen die ik eruit heb gehaald. Absoluut kennis, leren over het materiaalwetenschappelijke aspect ervan, veel lessen in doorzettingsvermogen. Er waren tientallen proeven voor nodig – Dr. Joung heeft mijn reeks flesjes met honderden mislukte pogingen gezien. Dus gewoon kunnen leren van je fouten uit het verleden. En ik gaf niet op, want ik wist dat ik steeds dichter bij het eindresultaat kwam.

Dat was echt een les die ik heb geleerd, en ik denk ook aan teamwork. Als groep hielden we bijeenkomsten waar we onze bevindingen presenteerden, zodat je communicatieve vaardigheden leert, hoe je met de groep omgaat, hoe je gewoon met verschillende (technologieën) werkt – hoe je het portaal gebruikt, hoe je de textuuranalysator gebruikt, verschillende machines – en die kennis vervolgens ook verspreiden, en andere mensen die bij het lab komen leren hoe ze diezelfde machines moeten gebruiken.

En dan heb ik dankzij het project ook op meerdere conferenties kunnen presenteren, bijvoorbeeld het UROP-symposium, dat ik dit voorjaar zal presenteren, en de jaarlijkse Network for Undergraduate Research in Virginia-conferentie aan de Christopher Newport University , dat was in januari. In staat zijn om onze bevindingen aan het publiek te presenteren en uit te leggen in termen die zij kunnen begrijpen, is zeker een vaardigheid die ik heb geleerd.

Wat is een les die je hebt geleerd van Dr. Joung?

Van dr. Joung heb ik echt geleerd hoe je een effectieve PI kunt zijn [principal investigator]. Het gaat om de coördinatie van een effectief team en het echt aanmoedigen van teamwerk en ervoor zorgen dat iedereen betrokken blijft, iedereen gaat in een tempo dat voor hen comfortabel is, maar zorgt er ook voor dat ze een beetje worden gepusht. Ik herinner me dat dr. Joung me hielp wanneer bepaalde beproevingen niet gingen zoals ik wilde en dat hij me ook bepaalde deadlines oplegde, ervoor zorgde dat ik ze haalde en me gewoon aanmoedigde om mijn best te doen.

Ik herinner me, vooral in de zomer, dat ik daar misschien 15 tot 20 uur per week was. En we probeerden echt de krant gepubliceerd te krijgen. Helemaal aan het einde was het veel gegevensverzameling, veel schrijven. En ik dank Dr. Joung voor het coördineren van mij en Phillip, en ervoor te zorgen dat we alles op tijd af hadden en dat timemanagement geen probleem was. Dat is zeker een les die ik van hem heb geleerd.

Daeha Jong

Waarom is dit onderzoek belangrijk?

eSkin-technologie is de toekomst van draagbare apparaten. Dus wat Andy, Phillip en ik ontdekten, is dat 3D-afdrukbare elektronische skins nuttig kunnen zijn voor patiënten die aan huidziekten lijden. Of we kunnen er een hebben die gezondheidsmonitoring uitvoert, zodat het een systeem is waarmee we rechtstreeks in menselijke organen kunnen 3D-printen. We kunnen daadwerkelijk nieuwe therapeutische mogelijkheden bieden. [As a physicist] Ik ga deze niet rechtstreeks met patiënten gebruiken. Deze technologie kan in de toekomst echter worden overgebracht naar de operatiekamer. Dan kunnen de patiënten het voordeel hebben om deze technologie te gebruiken. Dat is ons langetermijndoel voor dit project.

Laten we zeggen dat we een 3D-printbaar elektronisch apparaat of een draagbaar flexibel apparaat hebben ontwikkeld. Nu willen we vanuit deze technologie een verbinding maken met het ruggenmergregeneratieproject. Bij de regeneratie van het ruggenmerg zijn er altijd problemen vanwege de structurele complexiteit, toch? Dus een van de therapeutische opties is stamcel- en elektrische stimulatietherapie. Wat Andy doet, is er iets aan toevoegen. Zoals Andy al zei, ben ik een pionier op het gebied van het printen van stamcellen voor het herstel van dwarslaesies. Dus nu combineert Andy deze stamcelprinttechnologieën en deze flexibele elektronica.

We willen testen hoe deze twee verschillende elementen van technologie kunnen worden gecombineerd om een ​​nieuwe mogelijkheid voor ruggenmergregeneratie te creëren. Alles is een beetje gerelateerd. Als natuurkundigen, als materiaalwetenschappers, als ingenieurs, is ons langetermijndoel dat we nieuwe therapeutische opties en mogelijke toekomstige toepassingen voor behandelingen willen produceren en bieden.

Hoe hielp Andy het project vooruit?

Nog voordat Andy bij ons kwam, werkte ik aan het 3D-printen van flexibele elektronica. Maar het punt is dat elke onderzoeker ter wereld het probleem heeft om flexibele en geleidende inkt te printen. Ik denk dat Andy ongeveer vier of vijf maanden heeft doorgebracht [on it].

Hij deed het harde werk om die inkt te ontwikkelen waar iedereen, bijna elke 3D-printonderzoeker, naar op zoek was. Vervolgens breidde Phillip, onze afgestudeerde student, de mogelijkheden van de inkt uit en paste deze toe op 3D-geprinte draagbare apparaten. Daarom staat hun artikel in een van de beste materiaalwetenschappelijke tijdschriften. Als we het over dit artikel hebben, wanneer ik vermeld dat de eerste auteur van dit artikel een tweedejaarsstudent is, zijn mensen verbaasd. Op basis hiervan kregen we veel uitnodigingen voor conferenties. Dit is geweldig werk.

Wat is een les die je van Andy hebt geleerd?

Hoewel Andy een bachelorstudent is, zijn er veel dingen die ik van hem heb geleerd, maar het belangrijkste was dat ik aan mezelf had getwijfeld: “Kan ik een onafhankelijk project aan een student geven?” Over het algemeen geven veel PI’s niet echt onafhankelijke projecten aan studenten, maar Andy wilde heel onafhankelijk zijn. Hij benadrukte me eigenlijk: “Ik kan het. Ik kan het.” Ik twijfelde de allereerste keer een beetje; ik zag echter zijn motivatie, dus daarom gaf ik hem onafhankelijke projecten. Hij heeft geweldig werk geleverd en ik geef hem voortdurend zeer onafhankelijke projecten.

De manier waarop ik Andy heb getraind, is als een afgestudeerde student. Dus voor mij, met Andy en de andere afgestudeerde studenten, is onze training voor Andy allemaal hetzelfde.

Naast de kennis die hij heeft ontwikkeld en de inktontdekking, is Andy een zeer gemotiveerde student-onderzoeker, dus hij heeft een sterk verantwoordelijkheidsgevoel. Onderzoek gaat niet alleen over slim zijn. Onderzoek gaat over waar je de motivatie vandaan haalt en wat je opwindt. Andy is een niet-gegradueerde student en tweedejaarsstudent die wil solliciteren naar de medische school, vooral MD-Ph.D. programma’s. Ik geef Andy veel lof – bedenk eens hoe druk hij het heeft; hij brengt echter nog steeds veel tijd door in het lab. Dat kon ik zien. Ik kon zien dat hij zo opgewonden is, en hij geniet van zijn tijd in het onderzoekslaboratorium. Hij lacht altijd en heeft altijd energie om nieuwe uitdagingen aan te gaan.

Dus om terug te komen op de vraag wat ik van Andy heb geleerd: Motivatie is de belangrijkste factor om succesvol te zijn in onderzoek.