Los ingenieros de Cambridge han demostrado, por primera vez, la impresión digital por inyección de tinta y la autoorganización de microgotas en superficies fluidas para crear estructuras de materiales funcionales.

Estas gotas impresas quedan atrapadas de forma natural en la superficie del fluido. Es en este punto que se capturan cuando el fluido se solidifica alrededor de las gotas en una película de polímero sólido. Inspirado en los patrones de condensación que se forman en las superficies, Este innovador método fácil de fabricar allana el camino para la ampliación de futuras aplicaciones en el descubrimiento de fármacos y la entrega impresa de fármacos personalizados.

El equipo de investigación Fluids in Advanced Manufacturing del Institute for Manufacturing (IfM), parte del Departamento de Ingeniería, están considerando usar las gotas como tubos de ensayo a microescala para reacciones. Esperan que los millones de gotas capaz de caber en un área pequeña, se puede utilizar para acelerar las reacciones de descubrimiento de fármacos. El equipo investigará esto más a fondo en un trabajo financiado por BBSRC — Consejo de Investigación de Biotecnología y Ciencias Biológicas. Es más, el equipo está explorando el uso de capturar y liberar las gotas para un tratamiento personalizado de heridas. Trabajando en estrecha colaboración con BBSRC Impact Acceleration Account y LIFNano Rx Limited, empresa derivada de la Universidad de Cambridge, que utiliza biología cuántica para capturar las propiedades curativas del factor de crecimiento de células madre "LIF", el equipo prevé productos impresos con el valor potencial de transformar la cicatrización de heridas.

Las películas de polímero con poros ajustables son esenciales cuando se trata de diseñar para aplicaciones como la liberación controlada de medicamentos. Un ejemplo incluye la administración de una dosis combinada personalizada a través de un parche o una película soluble colocada en la lengua. Ahora los investigadores han combinado esta técnica de impresión avanzada con los principios de un método inspirado en la naturaleza, para proporcionar una forma fabricable de proporcionar funcionalidad a películas poliméricas porosas. Los resultados del estudio se publican en las revistas Materials Horizons y International Journal of Pharmaceutics.

Patrones naturales de condensación de agua que se ven todos los días en superficies sólidas, y que fueron estudiados por Lord Rayleigh en 1911, a menudo se denominan "Figuras de respiración (BF)". Desde la década de 1990, Se ha sabido que estos BF podrían ocurrir como gotas de agua a escala micrométrica en la superficie de un fluido, con la capacidad de autoorganizarse e imprimirse en una estructura de polímero microporoso permanente. Inspirado por esto, el equipo de investigación de Cambridge ha utilizado la impresión de inyección de tinta gota a demanda (DoD) para controlar el tamaño de las gotas, su contenido y ubicación en la superficie del fluido. En comparación con el método BF, este nuevo proceso ofrece una estabilidad mejorada, con excelente control sobre el volumen y la estructura de los poros, y permite la fabricación rápida de funcional, películas de polímero estructuradas, haciendo que las aplicaciones sean viables y escalables.

El proceso de impresión por inyección de tinta es altamente programable, con el tamaño de la gota y el patrón de las gotas entregadas al sustrato fácilmente controladas. El contenido de las gotas se puede formular para contener una amplia gama de materiales funcionales mientras se imprime de manera confiable. Esto puede incluir impresión farmacéutica y biológica. Cada gota está mayormente sumergida y atrapada en el fluido, pero con una pequeña abertura al exterior. En la primera aplicación, para el descubrimiento de fármacos, esto permite agregar gotas posteriores y mezclarlas con gotas que ya están en la superficie, como si fueran tubos de ensayo a microescala. En la segunda aplicación, esta pequeña abertura permite que el material se libere por difusión. Esto permitió a los investigadores Dr. Qingxin Zhang y Dr. Niamh Willis-Fox examinar cada paso del proceso:imprimir, capturar y liberar. Dr. Clare Conboy, de Printed Electronics Ltd., También contribuyó con experiencia y mediciones del comportamiento de los fluidos a medida que comienzan a solidificarse y atrapar las gotas.

Para mejorar la precisión del posicionamiento de la gota, La autoorganización se exploró como una forma de acercar las gotas. Se ha descubierto que esta es una forma altamente confiable y repetible de garantizar un empaquetamiento de gotas casi perfecto y el equipo ha estado mostrando cómo capturar las gotas en matrices cuadradas o como una estructura hexagonal en forma de panal.

Dr. Ronan Daly, profesor titular de Ciencia y Tecnología de la Fabricación, dijo:"Este nivel de control y orden nunca se ha logrado con las técnicas alternativas de autoorganización de gotas de figura de respiración. También hemos permitido un cambio hacia un sistema más seguro, Fabricación más responsable con el medio ambiente de estas estructuras. El resultado es una técnica personalizable y de bajo costo que se ha vuelto dramáticamente más repetible y sintonizable. y una que allana el camino para una rápida traducción a aplicaciones en combinación de técnicas de liberación y descubrimiento de fármacos ".

Dr. Su Metcalfe, CEO de LIFNanoRx, dijo:"Los poderes combinados de la entrega personalizada impresa junto con la biología cuántica de la biomimética, traer una nueva era de terapias universales y sostenibles a bajo costo y alto valor. "