Investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología NIST han desarrollado un nuevo método de impresión en 3D de geles y otros materiales blandos. Publicado en un nuevo artículo, tiene el potencial de crear estructuras complejas con precisión de escala nanométrica. PorqueMuchos geles son compatibles con células vivas, el nuevo método podría impulsar la producción de dispositivos médicos pequeños y suaves, como sistemas de administración de medicamentos o electrodos flexibles que se pueden insertar en el cuerpo humano.
Una impresora 3D estándar crea estructuras sólidas creando láminas de material, generalmente plástico o goma, y construyéndolas capa por capa, como una lasaña, hasta que se crea todo el objeto.
Usar una impresora 3D para fabricar un objeto hecho de gel es un "proceso de cocción un poco más delicado", dijo el investigador del NIST, Andrei Kolmakov. En el método estándar, la cámara de la impresora 3D se llena con una sopa de polímeros de cadena larga- grupos largos de moléculas unidas - disueltas en agua. Luego se agregan "especias" - moléculas especiales que son sensibles a la luz. Cuando la luz de la impresora 3D activa esas moléculas especiales, unen las cadenas de polímeros para queforman una estructura esponjosa similar a una telaraña. Este andamio, todavía rodeado de agua líquida, es el gel.
Normalmente, las impresoras de gel 3D modernas han utilizado luz láser ultravioleta o visible para iniciar la formación del andamio de gel. Sin embargo, Kolmakov y sus colegas han centrado su atención en una técnica de impresión 3D diferente para fabricar geles, utilizando haces de electrones o X-rayos. Debido a que estos tipos de radiación tienen una energía más alta, o una longitud de onda más corta, que la luz ultravioleta y visible, estos rayos pueden enfocarse más estrechamente y, por lo tanto, producir geles con detalles estructurales más finos. Este detalle es exactamente lo que se necesita para la ingeniería de tejidos ymuchas otras aplicaciones médicas y biológicas. Los electrones y los rayos X ofrecen una segunda ventaja: no requieren un conjunto especial de moléculas para iniciar la formación de geles.
Pero en la actualidad, las fuentes de esta radiación de longitud de onda corta estrechamente enfocada microscopios electrónicos de barrido y microscopios de rayos X solo pueden operar en el vacío. Eso es un problema porque en el vacío el líquido de cada cámara se evapora en su lugar.de formar un gel.
Kolmakov y sus colegas en NIST y en Elettra Sincrotrone Trieste, en Italia, resolvieron el problema y demostraron la impresión en gel 3D en líquidos colocando una barrera ultrafina, una delgada hoja de nitruro de silicio, entre el vacío y la cámara de líquido.. La lámina delgada protege el líquido de la evaporación como lo haría normalmente en el vacío pero permite que los rayos X y los electrones penetren en el líquido. El método permitió al equipo utilizar el enfoque de impresión 3D para crear geles con estructuras tan pequeñascomo 100 nanómetros nm, aproximadamente 1.000 veces más delgado que un cabello humano. Al refinar su método, los investigadores esperan imprimir estructuras en los geles tan pequeñas como 50 nm, el tamaño de un virus pequeño.
Algunas estructuras futuras hechas con este enfoque podrían incluir electrodos inyectables flexibles para monitorear la actividad cerebral, biosensores para la detección de virus, micro-robots blandos y estructuras que pueden emular e interactuar con células vivas y proporcionar un medio para su crecimiento.
"Estamos incorporando nuevas herramientas, haces de electrones y rayos X que operan en líquidos, a la impresión 3D de materiales blandos", dijo Kolmakov. Él y sus colaboradores describieron su trabajo en un artículo publicado en línea el 16 de septiembre en ACS Nano .
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Nacional de Estándares y Tecnología NIST . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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