Programación ortogonal de la rigidez y la geometría de la matriz mediante estereolitografía asistida por inhibición de oxígeno. a Configuración esquemática de un sistema de impresión 3D estereolitográfica de proyección digital donde la solución de precursor de hidrogel se cura capa por capa a través de la exposición a los rayos UV. El recuadro es una imagen SEM de un objeto complejo impreso en 3D. La barra de escala es de 500 μm. b Esquema de impresión asistida por inhibición de oxígeno, en el que la zona de curado está físicamente limitada entre la región curada y la capa de inhibición de oxígeno. c Perfil de profundidad de la tasa de conversión de doble enlace bajo diferentes dosis de exposición a los rayos UV. El grosor de la capa de inhibición de oxígeno depende débilmente de las dosis de exposición, y también lo hace el espesor de curado. La tasa de conversión de doble enlace aumenta rápidamente con la dosis cuando la dosis está por encima del umbral. d Imagen óptica de campo claro de un logotipo de búfalo impreso con rigidez y geometría modeladas independientemente (rigidez binaria pero superficie plana). El alto contraste óptico indica las fuertes diferencias en la densidad de reticulación y, por lo tanto, la rigidez. La barra de escala es de 200 μm. e La cuantificación del contraste óptico (línea negra) y la variación de la geometría (línea azul) a lo largo de la línea punteada en b revela diferencias marcadas en el contraste (rigidez) pero poca variación en la altura de las características ( <1%). Crédito: Comunicaciones de la naturaleza (2018). DOI:10.1038 / s41467-018-06685-1
Los ingenieros de la Universidad de Colorado en Boulder han desarrollado una técnica de impresión 3-D que permite el control localizado de la firmeza de un objeto, abriendo nuevas vías biomédicas que algún día podrían incluir arterias artificiales y tejido orgánico.
El estudio, que fue publicado recientemente en la revista Comunicaciones de la naturaleza , describe un método de impresión capa por capa que presenta grano fino, control programable sobre rigidez, permitiendo a los investigadores imitar la compleja geometría de los vasos sanguíneos que están muy estructurados y, sin embargo, deben permanecer flexibles.
Los hallazgos algún día podrían conducir a mejores, Tratamientos más personalizados para quienes padecen hipertensión y otras enfermedades vasculares.
"La idea era agregar propiedades mecánicas independientes a las estructuras 3-D que pueden imitar el tejido natural del cuerpo, "dijo Xiaobo Yin, profesor asociado en el Departamento de Ingeniería Mecánica de CU Boulder y autor principal del estudio. "Esta tecnología nos permite crear microestructuras que se pueden personalizar para modelos de enfermedades".
Los vasos sanguíneos endurecidos están asociados con enfermedades cardiovasculares, pero diseñar una solución para el reemplazo viable de arterias y tejidos ha demostrado ser un desafío históricamente.
Para superar estos obstáculos, los investigadores encontraron una forma única de aprovechar el papel del oxígeno en el establecimiento de la forma final de una estructura impresa en 3D.
"El oxígeno suele ser malo porque provoca un curado incompleto, "dijo Yonghui Ding, investigador postdoctoral en Ingeniería Mecánica y autor principal del estudio. "Aquí, utilizamos una capa que permite una tasa fija de permeación de oxígeno ".
Manteniendo un estricto control sobre la migración de oxígeno y su posterior exposición a la luz, Ding dijo:los investigadores tienen la libertad de controlar qué áreas de un objeto se solidifican para que sean más duras o blandas, todo mientras mantienen igual la geometría general.
"Este es un avance profundo y un primer paso alentador hacia nuestro objetivo de crear estructuras que funcionen como debería funcionar una célula sana," "Dijo Ding.
Como demostración, los investigadores imprimieron tres versiones de una estructura simple:una viga superior sostenida por dos varillas. Las estructuras eran idénticas en forma, tamaño y materiales, pero se había impreso con tres variaciones en la rigidez de la varilla:suave / suave, duro / blando y duro / duro. Las varillas más duras sostenían la viga superior mientras que las varillas más blandas permitían que se colapsara total o parcialmente.
Los investigadores repitieron la hazaña con una pequeña figura de guerrero chino, imprimiéndolo de modo que las capas exteriores permanecieran duras mientras que las interiores permanecían blandas, dejando al guerrero con un exterior duro y un corazón tierno, por así decirlo.
La impresora del tamaño de una mesa es actualmente capaz de trabajar con biomateriales hasta un tamaño de 10 micrones, o aproximadamente una décima parte del ancho de un cabello humano. Los investigadores son optimistas de que los estudios futuros ayudarán a mejorar aún más las capacidades.
"El desafío es crear una escala aún más fina para las reacciones químicas, ", dijo Yin." Pero vemos una tremenda oportunidad por delante para esta tecnología y el potencial para la fabricación de tejido artificial ".
