Los investigadores de la Universidad de Harvard han desarrollado un nuevo método de impresión que utiliza ondas sonoras para generar gotas de líquidos con un rango de composición y viscosidad sin precedentes. Esta técnica finalmente podría permitir la fabricación de muchos nuevos biofármacos, productos cosméticos, y alimentación y ampliar las posibilidades de los materiales ópticos y conductores.

"Al aprovechar las fuerzas acústicas, Hemos creado una nueva tecnología que permite imprimir una gran cantidad de materiales de manera gota a pedido, "dijo Jennifer Lewis, el profesor Hansjorg Wyss de ingeniería de inspiración biológica en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de Harvard y el autor principal del artículo.

Lewis también es miembro principal de la facultad en el Instituto Wyss de Ingeniería de Inspiración Biológica y profesor de Artes y Ciencias Jianming Yu en Harvard.

La investigación se publica en Avances de la ciencia .

Las gotas de líquido se utilizan en muchas aplicaciones, desde la impresión de tinta en papel hasta la creación de microcápsulas para la administración de fármacos. La impresión por inyección de tinta es la técnica más común utilizada para modelar gotas de líquido, pero solo es adecuado para líquidos que son aproximadamente 10 veces más viscosos que el agua. Sin embargo, muchos fluidos de interés para los investigadores son mucho más viscosos. Por ejemplo, soluciones cargadas de biopolímeros y células, que son vitales para los productos biofarmacéuticos y la bioimpresión, son al menos 100 veces más viscosas que el agua. Algunos biopolímeros a base de azúcar pueden ser tan viscosos como la miel, que es 25, 000 veces más viscoso que el agua.

La viscosidad de estos fluidos también cambia drásticamente con la temperatura y la composición, hace que sea aún más difícil optimizar los parámetros de impresión para controlar el tamaño de las gotas.

"Nuestro objetivo era eliminar la viscosidad mediante el desarrollo de un sistema de impresión que sea independiente de las propiedades del material del fluido, "dijo Daniele Foresti, primer autor del artículo, Branco Weiss Fellow e investigador asociado en ciencia de materiales e ingeniería mecánica en SEAS y el Wyss Institute.

Para hacer eso, los investigadores recurrieron a ondas acústicas.

Gracias a la gravedad cualquier líquido puede gotear, desde el agua que gotea de un grifo hasta el experimento de un siglo de caída de brea. Solo con la gravedad, el tamaño de la gota sigue siendo grande y la tasa de caída es difícil de controlar. Terreno de juego, que tiene una viscosidad aproximadamente 200 mil millones de veces la del agua, forma una sola gota por década.

Para mejorar la formación de gotas, el equipo de investigación se basa en generar ondas sonoras. Estas ondas de presión se han utilizado típicamente para desafiar la gravedad, como en el caso de la levitación acústica. Ahora, los investigadores los están usando para ayudar a la gravedad, Doblando esta nueva técnica de impresión acústoforética.

Los investigadores construyeron un resonador acústico de sublongitud de onda que puede generar un campo acústico altamente confinado que resulta en una fuerza de tracción que excede 100 veces las fuerzas de gravitación normales (1 G) en la punta de la boquilla de la impresora, que es más de cuatro veces la fuerza gravitacional en la superficie. del sol.

Esta fuerza controlable saca cada gota de la boquilla cuando alcanza un tamaño específico y la expulsa hacia el objetivo de impresión. Cuanto mayor sea la amplitud de las ondas sonoras, cuanto menor sea el tamaño de la gota, independientemente de la viscosidad del fluido.

"La idea es generar un campo acústico que literalmente desprenda pequeñas gotas de la boquilla, muy parecido a coger manzanas de un árbol, "dijo Foresti.

Los investigadores probaron el proceso en una amplia gama de materiales, desde miel hasta tintas de células madre, biopolímeros, resinas ópticas y, incluso, metales líquidos. En tono rimbombante, las ondas sonoras no viajan a través de la gota, hacer que el método sea seguro de usar incluso con carga biológica sensible, como células vivas o proteínas.

"Nuestra tecnología debería tener un impacto inmediato en la industria farmacéutica, "dijo Lewis." Sin embargo, creemos que se convertirá en una plataforma importante para múltiples industrias ".

"Este es un ejemplo exquisito e impactante de la amplitud y el alcance de la investigación colaborativa, "dijo Dan Finotello, director del programa MRSEC de NSF. "Los autores han desarrollado una nueva plataforma de impresión utilizando fuerzas acústicas, cuales, a diferencia de otros métodos, son independientes del material y, por lo tanto, ofrecen una gran versatilidad de impresión. El espacio de la aplicación es ilimitado ".