Bioinspired 4D printing of nanocellulose hydrogels

  • Autor
  • Beatriz Arsuffi
  • Co-autores
  • Gilberto Siqueira , Mathilde Champeau , Silvia Titotto
  • Resumo
  • 4D printing consists in the design of responsive and dynamic structures. The concept of 4D printing arises from the addition of a 4th dimension to 3D printed parts. This 4th dimension is time combined with the possibility of transformation triggered by external passive stimuli, such as changes in temperature, light, pH, humidity, pressure, ion concentration, and vibration. Thus, unlike conventional 3D printing technologies that fabricate static and inanimate objects, 4D printing allows the creation of active structures that can be programmed to change their shape, function and/or properties over time after fabrication. To print dynamic structures with self-transformation (e.g. self-morphing, self-assembly, self-bending, self-curling), it is necessary to use responsive materials, i.e. materials that exhibit a stimuli-responsive behaviour, also known as smart materials. Most of the materials used in 4D printing are hydrogels, due to the availability of numerous responsive hydrogels and to their high absorption and swelling capacity. The changes of shape of 4D printed hydrogels is driven by a stress mismatch arising from the different swelling degrees in distinct parts of the structure upon application of external stimuli, mainly temperature and pH variations. Among the various smart hydrogels, the thermoresponsive poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAM) is one of the most used in 4D printing, generally through the direct ink writing (DIW) technique. In DIW, a gel-like material, called ink, is dispensed out of small nozzles under controlled flow rates and deposited along digitally defined paths to fabricate 3D structures layer-by-layer. A crucial factor for a good printability of an ink by DIW is its shear behaviour. Naturally, gels exhibit shear-thinning behaviour, as they are composed of polymers, whose chains align during shearing. However, it is possible to enhance this behaviour by adding specific particles such as nanocellulose to its composition, which increases the zero-shear rate viscosity of the material, without increasing as much the viscosity at high shear rates. Moreover, the incorporation of cellulose nanocrystals (CNC) and nanofibers (CNF) in hydrogel inks is especially interesting because these particles can be aligned  during the shear thinning of the extrusion process of printing. And once aligned, nanocellulose can provide oriented swelling behaviour, which can be used to choreograph actuation and shape-morphing of the printed parts, generating anisotropic smart structures. However, unlike hygromorph biocomposites in which the natural fibres provide hygroscopic induced swelling, in bioinspired inks based on nanocellulose it is the hydrogel matrix that swells. In a similar mechanism to that present in certain plants, which have the ability to respond to environmental changes autonomously, by means of passive movements, known as nastism and tropism, due to variable cellular organisation and triggering cell wall swelling or shrinkage, which is achieved by orienting cellulose fibres in a swellable matrix of hemicellulose and lignin. Moreover, the use of nanocellulose, a natural, biodegradable, and biocompatible material, is in line with the growing interest in the materials science field for more environmentally friendly technologies. Therefore, bioinspired nanocellulose inks are potential candidates for several 4D printing applications, including tissue engineering, medicine, drug delivery, sustainable sensors, autonomous actuators, soft robotics, and smart packaging.

  • Palavras-chave
  • 4D printing, nanocellulose, hydrogels, programmable materials
  • Modalidade
  • Pôster
  • Área Temática
  • Nanociências & Nanotecnologia
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Bem-vindo(a) aos Anais do VII NanoMat, evento organizado pela Pós-graduação em Nanociências e Materiais Avançados da Universidade Federal do ABC (UFABC) com o intuito de reunir e debater trabalhos desenvolvidos por alunos e pós-doutorandos em Materiais e áreas afins.

13/12/2022

(11:00 às 16:15)

Título Hora
212-0
268871 Atividade antiviral de materiais preparados a partir de nanocelulose oxidada: Interação supramolecular da arginina com nanofibras de celulose oxidada
Apresentador: Rafael Giovanini de Lima
Área Temática: Nanociências & Nanotecnologia
Modalidade de apresentação: Comunicação oral
11:00
270876 Manufacturing of Ti - NbC composites by Equal Channel Angular Pressing (ECAP)
Apresentador: William de Paula Santos
Área Temática: Materias Funcionais Avançados
Modalidade de apresentação: Comunicação oral
11:15
270398 Investigation of new amphiphilic peptides sequence for pesticides biosensors development
Apresentador: Barbara Bianca Gerbelli
Área Temática: Nanociências & Nanotecnologia
Modalidade de apresentação: Comunicação oral
11:30
270384 Local Magnetism in a Bidimensional Hybrid Ruddlesden–Popper Perovskite through Charge Redistribution
Apresentador: Aryane Tofanello
Área Temática: Materias Funcionais Avançados
Modalidade de apresentação: Comunicação oral
11:45
270418 Estudo da Reatividade de Nanoestrutura Porosa de Carbono Dopado com Metais para Catálise de Reações de Evolução de Hidrogênio
Apresentador: Caique Campos de Oliveira
Área Temática: Materias Funcionais Avançados
Modalidade de apresentação: Comunicação oral
12:00
Intervalo - Duraçao 2:45
270903 Fabricação dos ímãs de Neodímio-Ferro-Boro sem controle da atmosfera utilizando óxido de grafeno reduzido
Apresentador: Jorge Costa Silva Filho
Área Temática: Nanociências & Nanotecnologia
Modalidade de apresentação: Comunicação oral
15:00
270933 Investigation of quantum mechanical data-set for training Neural Network Force Fields for water
Apresentador: Márcio S. Gomes-Filho
Área Temática: Nanociências & Nanotecnologia
Modalidade de apresentação: Comunicação oral
15:15
270975 Nanodispositivos eletroquímicos à base de papel pirolisado funcionalizados com polidopamina
Apresentador: Jaqueline Falchi da Rocha
Área Temática: Materias Funcionais Avançados
Modalidade de apresentação: Comunicação oral
15:30
270569 Adsorção de Hidrogênio em grafeno e óxido de grafeno decorados com Mg
Apresentador: Daniel de Martini Rivera Ferreira
Área Temática: Materias Funcionais Avançados
Modalidade de apresentação: Comunicação oral
15:45
270986 Graph recommender system for ionic substitution: Discovering new materials
Apresentador: Elton Ogoshi
Área Temática: Materias Funcionais Avançados
Modalidade de apresentação: Comunicação oral
16:00

14/12/2022

(8:30 às 17:45)

Título Hora
212-0
270985 Estudo da Nucleação e Crescimento de Nanopartículas de Ouro em Solução Tampão HEPES
Apresentador: Murillo Donizeti dos Santos Rosa
Área Temática: Nanociências & Nanotecnologia
Modalidade de apresentação: Comunicação oral
8:30
270394 Influência do Colesterol em monocamadas de DPPC na presença das proteínas do COVID-19
Apresentador: Priscila Sabbag Ferreira
Área Temática: Nanociências & Nanotecnologia
Modalidade de apresentação: Comunicação oral
8:45
270999 ANTICORPOS CONJUGADOS COM NANOPARTÍCULAS DE OURO PARA CONSTRUÇÃO DE BIOSSENSORES PARA COVID-19
Apresentador: Fabíola Lelis de Castro
Área Temática: Nanociências & Nanotecnologia
Modalidade de apresentação: Comunicação oral
9:00
271026 Virucidal action in cotton fabrics and facial masks promoted by phenothiazines
Apresentador: Lilian dos Santos Martins
Área Temática: Materias Funcionais Avançados
Modalidade de apresentação: Comunicação oral
9:15
Intervalo - Duraçao 1:30
270893 Ativação térmica de celulose e MoS2 visando a fabricação de eletrodos sustentáveis para produção de hidrogênio
Apresentador: Leonardo Hideki Hasimoto
Área Temática: Materias Funcionais Avançados
Modalidade de apresentação: Comunicação oral
11:00
270407 Dimensionality engineering in halide perovskites: From 3D to 1D and 2D by organic molecule insertion
Apresentador: Andre Luiz Martins de Freitas
Área Temática: Materias Funcionais Avançados
Modalidade de apresentação: Comunicação oral
11:15
271090 Estudo e caracterização de nanotubos de TiO2 crescidos por oxidação anódica sobre ligas de Ti
Apresentador: Lucas Sevieri Chagas
Área Temática: Materias Funcionais Avançados
Modalidade de apresentação: Comunicação oral
11:30
271034 Lightning strike tolerance of graphene nanoplatelets/carbon nanotube enhanced carbon fiber reinforced polymer composites
Apresentador: Matheus Mendes de Oliveira
Área Temática: Nanociências & Nanotecnologia
Modalidade de apresentação: Comunicação oral
11:45
271033 Natural Language Processing applied to CO2/CO chemical reduction.
Apresentador: Lucas Bandeira
Área Temática: Nanociências & Nanotecnologia
Modalidade de apresentação: Comunicação oral
12:00
Intervalo - Duraçao 2:45
270896 Adesivos aquosos à base de látex de borracha natural e lignina: performance adesiva dirigida por interações na nanoescala
Apresentador: Juliana Martins da Silva
Área Temática: Nanociências & Nanotecnologia
Modalidade de apresentação: Comunicação oral
15:00
271005 EFEITO DA ORIENTAÇÃO DA IMPRESSÃO 3D NAS PROPRIEDADES ELÉTRICAS DE CORPOS DE PROVA CONFECCIONADOS PELA TÉCNICA DE FABRICAÇÃO DE FILAMENTO FUNDIDO
Apresentador: Luís M.G da Silva
Área Temática: Materias Funcionais Avançados
Modalidade de apresentação: Comunicação oral
15:15
270978 Detecção de anticorpos Anti-SARs-CoV-2 usando biossensor baseados em peptídeos
Apresentador: Ana Cristina Honorato Castro Kochi
Área Temática: Nanociências & Nanotecnologia
Modalidade de apresentação: Comunicação oral
15:30
270837 Compatibilidade fluorescente: Características de nanopartículas de sílicas funcionalizadas com isocianato de fluorescência
Apresentador: Monyque Karoline de Paula Silva
Área Temática: Nanociências & Nanotecnologia
Modalidade de apresentação: Pôster
15:45
270982 Impedimetric biosensor based on ZnO for detection of antibodies against SARS-CoV-2 Spike protein in human blood serum samples
Apresentador: Ana Cristina Honorato Castro
Área Temática: Nanociências & Nanotecnologia
Modalidade de apresentação: Comunicação oral
16:00
Intervalo - Duraçao 0:45
270396 Study of monolayers composed of Dipalmitoylphosphatidylcholine doped with lipopeptides for the glyphosate pesticide detection
Apresentador: Study of monolayers composed of Dipalmitoylphosphatidylcholine doped with lipopeptides for the glyphosate pesticide detection
Área Temática: Nanociências & Nanotecnologia
Modalidade de apresentação: Comunicação oral
17:00
270949 Vibrational properties of water layer adsorbed on Au(111) under a bias potential
Apresentador: Graciele Martins Arvelos
Área Temática: Nanociências & Nanotecnologia
Modalidade de apresentação: Comunicação oral
17:15
271096 High-throughput DFT calculations of Jakobssonite: a new family of 1D perovskite
Apresentador: Henrique Ferreira
Área Temática: Nanociências & Nanotecnologia
Modalidade de apresentação: Comunicação oral
17:30

Os resumos podem ser submetidos tanto em inglês quanto em português e serão avaliados pela comissão científica quanto a forma, conteúdo e pertinência de apresentação. Todos os resumos foram avaliados de modo ad-hoc.

  • Materias Funcionais Avançados
  • Nanociências & Nanotecnologia

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Prof. Dr. Pedro Alves da Silva Autreto (UFABC)

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Prof. Dr. José Antônio Souza (UFABC)

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