En un diseño que imita una textura difícil de duplicar de conchas de estrellas de mar, Los ingenieros de la Universidad de Michigan han creado cristales redondeados que no tienen facetas.

"Los llamamos nanolobes. Parecen pequeños globos aerostáticos que se elevan desde la superficie, "dijo Olga Shalev, un estudiante de doctorado en ciencia e ingeniería de materiales que trabajó en el proyecto.

Tanto la forma de los nanolobos como la forma en que están hechos tienen aplicaciones prometedoras, dicen los investigadores. La geometría podría ser potencialmente útil para guiar la luz en LED avanzados, células solares y superficies no reflectantes.

Una capa puede ayudar a un material a repeler el agua o la suciedad. Y el proceso utilizado para fabricarlos (impresión por chorro de vapor orgánico) podría prestarse a medicamentos de impresión 3D que se absorben mejor en el cuerpo y hacen posible la dosificación personalizada.

Las formas a nanoescala están hechas de cloruro de subftalocianina de boro, un material que se utiliza a menudo en células solares orgánicas. Pertenece a una familia de compuestos moleculares pequeños que tienden a formar películas planas o cristales facetados con bordes afilados. dice Max Shtein, Profesor asociado de ciencia e ingeniería de materiales de la U-M, ciencia e ingeniería macromolecular, Ingeniería Química, y arte y diseño.

"En mis años de trabajo con este tipo de materiales, Nunca había visto formas que se parecieran a estas. Son una reminiscencia de lo que obtienes de los procesos biológicos, ", Dijo Shtein." La naturaleza a veces puede producir cristales que son lisos, pero los ingenieros no han podido hacerlo de manera confiable ".

Las criaturas marinas equinodermos, como las estrellas frágiles, han ordenado estructuras redondeadas en sus cuerpos que funcionan como lentes para captar la luz en sus ojos rudimentarios. Pero en un laboratorio Los cristales compuestos de los mismos minerales tienden a estar facetados con caras planas y ángulos agudos, o suave, pero sin orden molecular.

Los investigadores de la U-M hicieron los cristales curvos por accidente hace varios años. Desde entonces, han seguido sus pasos y han descubierto cómo hacerlo a propósito.

En 2010, Shaurjo Biswas, luego estudiante de doctorado en la U-M, estaba fabricando células solares con la impresora de chorro de vapor orgánico. Estaba recalibrando la máquina después de cambiar de material. Parte del proceso de recalibración implica observar de cerca las capas frescas de material, de películas, impreso en un plato.

Biswas radiografió varias películas de diferentes espesores para observar la estructura del cristal. Notó que el cloruro de subftalocianina de boro, que normalmente no forma formas ordenadas, comenzó a hacerlo una vez que la película se volvió más gruesa de 600 nanómetros. Hizo algunas películas más gruesas para ver qué pasaba.

"En primer lugar, nos preguntamos si nuestro aparato estaba funcionando correctamente, "Dijo Shtein.

A 800 nanómetros de espesor, el patrón de nanolobe repetido surgía cada vez.

Por un largo tiempo las manchas eran curiosidades de laboratorio. Los investigadores se centraron en otras cosas. Luego se involucró el estudiante de doctorado Shalev. Estaba fascinada por las estructuras y quería comprender la razón del fenómeno. Repitió los experimentos en un aparato modificado que le dio más control sobre las condiciones para variarlas sistemáticamente.

Shalev colaboró ​​con el profesor de física Roy Clarke para comprender mejor la cristalización, y el profesor de ingeniería mecánica Wei Lu para simular la evolución de la superficie. Es la primera autora de un artículo sobre los hallazgos publicado en la edición actual de Comunicaciones de la naturaleza .

"Hasta donde sabemos, ninguna otra tecnología puede hacer esto, "Dijo Shalev.

El proceso de impresión por chorro de vapor orgánico que utilizan los investigadores es una técnica que Shtein ayudó a desarrollar cuando estaba en la escuela de posgrado. Lo describe como pintura en aerosol, pero con un gas más que con un líquido. Es más barato y más fácil de hacer para ciertas aplicaciones que los enfoques de la competencia que involucran plantillas o solo se pueden hacer en el vacío. Dice Shtein. Está especialmente esperanzado sobre las perspectivas de esta técnica para hacer avanzar los conceptos farmacéuticos emergentes impresos en 3D.

Por ejemplo, Shtein y Shalev creen que este método ofrece una forma precisa de controlar el tamaño y la forma de las partículas del medicamento. para una absorción más fácil en el cuerpo. También podría permitir que los medicamentos se adhieran directamente a otros materiales y no requiere solventes que puedan introducir impurezas.