Investigadores del Centro de Investigación Científica Avanzada en el Centro de Graduados, CUNY (CUNY ASRC) y Northwestern University han creado una impresora 4-D capaz de construir superficies con patrones que recrean la complejidad de las superficies de las celdas. La tecnología, detallado en un artículo recientemente publicado en Comunicaciones de la naturaleza , permite a los científicos combinar la química orgánica, ciencia de la superficie, y nanolitografía para construir superficies nanopatronadas diseñadas con precisión y decoradas con delicadas moléculas orgánicas o biológicas. Las superficies tendrán una amplia variedad de usos, incluso en la investigación de drogas, desarrollo de biosensor, y óptica avanzada. En tono rimbombante, esta tecnología puede crear superficies con diferentes materiales, y estos materiales se pueden modelar a lo largo de la superficie sin el uso de costosas fotomáscaras o tediosos procesos de sala limpia.

"A menudo me preguntan si he usado este instrumento para imprimir un producto químico específico o preparar un sistema en particular, "dijo el investigador principal del estudio, Adam Braunschweig, miembro de la facultad de la Iniciativa de Nanociencia CUNY ASRC y los Departamentos de Química del Centro de Graduados y Hunter College. "Mi respuesta es que hemos creado una nueva herramienta para realizar química orgánica en superficies, y su uso y aplicación solo están limitados por la imaginación del usuario y su conocimiento de la química orgánica ".

El método de impresión, llamado Fotolitografía de Hipersuperficie de Pincel de Polímero, combina microfluidos, fotoquímica orgánica, y nanolitografía avanzada para crear una impresora sin máscaras capaz de preparar matrices multiplexadas de delicada materia orgánica y biológica. El nuevo sistema supera una serie de limitaciones presentes en otras técnicas de impresión de biomateriales, permitiendo a los investigadores crear objetos 4-D con materia estructurada con precisión y composición química personalizada en cada vóxel, una capacidad a la que los autores se refieren como "litografía de hipersuperficie".

"Los investigadores han estado trabajando para utilizar técnicas litográficas para modelar superficies con biomoléculas, pero hasta la fecha no hemos desarrollado un sistema lo suficientemente sofisticado para construir algo tan complicado como la superficie de una celda, "dijo Daniel Valles, un centro de posgrado, Estudiante de doctorado de CUNY en el laboratorio de Braunschweig. "Visualizamos el uso de este sistema para ensamblar células sintéticas que permitan a los investigadores replicar y comprender las interacciones que ocurren en las células vivas". lo que conducirá al rápido desarrollo de medicamentos y otras tecnologías bioinspiradas ".

Como prueba de concepto, los investigadores imprimieron patrones de pincel de polímero utilizando dosis precisas de luz para controlar la altura del polímero en cada píxel. Como ilustra la imagen de Lady Liberty, La coordinación entre los microfluidos y la fuente de luz controla la composición química en cada píxel.

"La química de polímeros proporciona un conjunto de herramientas tan poderoso, y las innovaciones en la química de polímeros han sido los principales impulsores de la tecnología a lo largo del último siglo, "dijo el coautor del artículo, Nathan Gianneschi, quien es el profesor de química Jacob &Rosaline Cohn, Ciencia e Ingeniería de Materiales, e Ingeniería Biomédica en Northwestern University. "Este trabajo extiende esta innovación a las interfaces donde se pueden hacer estructuras arbitrarias de una manera altamente controlada, y de una manera que nos permita caracterizar lo que hemos hecho y generalizarlo a otros polímeros ".

"Este artículo es una demostración de tour de force de lo que se puede hacer con herramientas de litografía masivamente paralelas, "dijo Chad Mirkin, George B. Rathmann, Profesor de Química y director del Instituto Internacional de Nanotecnología de la Facultad de Artes y Ciencias Weinberg de la Universidad de Northwestern, que no es coautor del estudio. "Los coautores han creado un poderoso conjunto de capacidades que deberían utilizarse en gran medida en la química, ciencia material, y comunidades biológicas ".

Los investigadores planean continuar con el desarrollo de esta novedosa plataforma de impresión para aumentar la velocidad del sistema, reducir las dimensiones de los píxeles, y desarrollar nuevas químicas para aumentar el alcance de los materiales que pueden modelarse. En la actualidad, están utilizando los patrones creados por esta plataforma para comprender las interacciones sutiles que dictan el reconocimiento en los sistemas biológicos.