Científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía (Berkeley Lab) han desarrollado una forma de imprimir estructuras tridimensionales compuestas completamente por líquidos. Usando una impresora 3D modificada, inyectaron hilos de agua en aceite de silicona, esculpiendo tubos hechos de un líquido dentro de otro líquido.

Ellos imaginan que su material totalmente líquido podría usarse para construir componentes electrónicos líquidos que se alimentan de manera flexible, dispositivos extensibles. Los científicos también prevén sintonizar químicamente los tubos y hacer fluir moléculas a través de ellos. conduciendo a nuevas formas de separar moléculas o entregar con precisión bloques de construcción a nanoescala a compuestos en construcción.

Los investigadores han impreso hilos de agua de entre 10 micrones y 1 milímetro de diámetro, y en una variedad de formas espirales y ramificadas de hasta varios metros de longitud. Y lo que es más, el material puede adaptarse a su entorno y cambiar de forma repetidamente.

"Es una nueva clase de material que puede reconfigurarse a sí mismo, y tiene el potencial de ser personalizado en recipientes de reacción líquidos para muchos usos, de la síntesis química al transporte de iones a la catálisis, "dijo Tom Russell, un científico de la facultad visitante en la División de Ciencias de Materiales de Berkeley Lab. Desarrolló el material con Joe Forth, investigador postdoctoral en la División de Ciencias de los Materiales, así como otros científicos de Berkeley Lab y varias otras instituciones. Informan su investigación el 24 de marzo en la revista. Materiales avanzados .

El material debe su origen a dos avances:aprender a crear tubos de líquido dentro de otro líquido, y luego automatizar el proceso.

Para el primer paso, Los científicos desarrollaron una forma de envolver tubos de agua en un tensioactivo especial derivado de nanopartículas que bloquea el agua en su lugar. El tensioactivo, esencialmente jabón, evita que los tubos se rompan en gotitas. Su surfactante es tan bueno en su trabajo, los científicos lo llaman superjabón de nanopartículas.

El superjabón se logró dispersando nanopartículas de oro en agua y ligandos poliméricos en aceite. Las nanopartículas de oro y los ligandos poliméricos quieren unirse entre sí, pero también quieren permanecer en sus respectivos medios de agua y aceite. Los ligandos se desarrollaron con la ayuda de Brett Helms en Molecular Foundry, una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE ubicada en Berkeley Lab.

En la práctica, poco después de que el agua se inyecta en el aceite, docenas de ligandos en el aceite se unen a nanopartículas individuales en el agua, formando un superjabón de nanopartículas. Estos superjabones se atascan y vitrifican, como el vidrio, que estabiliza la interfaz entre el aceite y el agua y bloquea las estructuras líquidas en su posición.

"Esta estabilidad significa que podemos estirar el agua en un tubo, y sigue siendo un tubo. O podemos darle forma al agua en un elipsoide, y sigue siendo un elipsoide, ", dijo Russell." Hemos utilizado estos superjabones de nanopartículas para imprimir tubos de agua que duran varios meses ".

Luego vino la automatización. Forth modificó una impresora 3D lista para usar retirando los componentes diseñados para imprimir plástico y reemplazándolos con una bomba de jeringa y una aguja que extruye líquido. Luego programó la impresora para insertar la aguja en el sustrato de aceite e inyectar agua en un patrón predeterminado.

"Podemos exprimir el líquido de una aguja, y colocamos hilos de agua donde queramos en tres dimensiones, ", dijo Forth." También podemos hacer ping al material con una fuerza externa, que rompe momentáneamente la estabilidad del superjabón y cambia la forma de los hilos de agua. Las estructuras son infinitamente reconfigurables ".