Los ingenieros de la Universidad de Illinois construyeron una impresora 3-D que ofrece una solución dulce para crear estructuras detalladas que las impresoras 3-D comerciales no pueden: en lugar de una carcasa sólida capa por capa, produce una delicada red de cintas delgadasde isomalt endurecido, el tipo de alcohol de azúcar utilizado para hacer pastillas para la garganta.
Las estructuras de azúcar vítreo biodegradables y solubles en agua tienen múltiples aplicaciones en ingeniería biomédica, investigación del cáncer y fabricación de dispositivos.
"Esta es una excelente manera de crear formas alrededor de las cuales podemos modelar materiales blandos o hacer crecer células y tejidos, luego el andamio se disuelve", dijo Rohit Bhargava, profesor de bioingeniería y director del Centro de Cáncer de Illinois. "Por ejemplo, una posible aplicación es hacer crecer tejido o estudiar tumores en el laboratorio. Los cultivos celulares generalmente se realizan en placas planas. Eso nos da algunas características de las células, pero no es una forma muy dinámica de ver cómo funciona realmente un sistema enel cuerpo. En el cuerpo, hay formas bien definidas, y la forma y la función están muy relacionadas ".
en un artículo publicado en la revista Fabricación aditiva , el grupo de investigación describió los materiales y la mecánica de la impresión de isomaltas de forma libre. Forma libre significa que a medida que la boquilla se mueve a través del espacio, el material fundido se endurece, dejando una estructura resistente, como un dibujo en el aire.
Otros tipos de impresión de azúcar se han explorado previamente, pero tienen problemas con la quema de azúcar o la cristalización, dijo Matthew Gelber, el primer autor del artículo que recientemente se graduó del grupo de Bhargava con un Ph.D.
El equipo de Illinois descubrió que la isomalta de alcohol de azúcar podría funcionar para aplicaciones de impresión y es menos propensa a quemarse o cristalizarse. Luego tuvieron que construir una impresora que tuviera la combinación correcta de detalles mecánicos para imprimir estructuras de isomalta estables, la correctatemperatura, presión para extruirlo de la boquilla, diámetro de la boquilla y velocidad para moverlo para que se imprima suavemente pero luego se endurezca en una estructura estable.
Vea un video de un modelo de puente que se imprime en http://youtu.be/kxpLZRfrmjE .
"Después de los materiales y la mecánica, el tercer componente fue la informática", dijo Gelber. "Tienes un diseño de algo que quieres hacer; ¿cómo le dices a la impresora que lo haga? ¿Cómo calculas elsecuencia para imprimir todos estos filamentos de intersección para que no se colapse? "
Los investigadores de Illinois se asociaron con Greg Hurst en Wolfram Research en Champaign para crear un algoritmo para diseñar andamios y trazar rutas de impresión.
Una ventaja que tienen estas estructuras de forma libre es su capacidad para hacer tubos delgados con secciones circulares, algo que no es posible con la impresión convencional de polímeros en 3D, dijo Bhargava. Cuando el azúcar se disuelve, deja una serie de tubos cilíndricos conectadosy túneles que se pueden usar como vasos sanguíneos para transportar nutrientes en los tejidos o para crear canales en dispositivos microfluídicos.
Otra ventaja es la capacidad de controlar con precisión las propiedades mecánicas de cada parte de la estructura realizando ligeros cambios en los parámetros de la impresora.
"Por ejemplo, imprimimos un conejito. Podríamos, en principio, cambiar las propiedades mecánicas de la cola del conejito para que sean diferentes de la parte posterior del conejito y, sin embargo, ser diferentes de las orejas", dijo Bhargava ".Esto es muy importante biológicamente. En la impresión capa por capa, tiene el mismo material y está depositando la misma cantidad, por lo que es muy difícil ajustar las propiedades mecánicas ".
El grupo de Bhargava ya está utilizando los andamios en una variedad de dispositivos microfluídicos y cultivos celulares, y está trabajando para desarrollar el recubrimiento de los andamios para controlar la rapidez con la que se disuelven. El papel Additive Manufacturing es parte de una serie de publicaciones basadas en Gelber'strabajo de tesis que detalla cómo construir la impresora y los algoritmos de planificación necesarios para operarla, ya que los investigadores esperan que otros puedan usar sus modelos para construir impresoras y explorar diversas aplicaciones para estructuras de isomalt.
"Esta impresora es un ejemplo de ingeniería que tiene implicaciones a largo plazo para la investigación biológica", dijo Bhargava. "Esta es una ingeniería fundamental que se une con la ciencia de los materiales y la informática para hacer un dispositivo útil para aplicaciones biomédicas".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Illinois en Urbana-Champaign . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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