Desde que el grafeno de una sola capa irrumpió en la escena científica en 2004, las posibilidades del material prometedor parecen casi infinitas. Con su alta conductividad eléctrica, capacidad para almacenar energía, y estructura ultrarresistente y ligera, el grafeno tiene potencial para muchas aplicaciones en electrónica, energía, el entorno, e incluso medicina.

Ahora, un equipo de investigadores de la Universidad Northwestern ha encontrado una forma de imprimir estructuras tridimensionales con nanoflakes de grafeno. El método rápido y eficiente podría abrir nuevas oportunidades para el uso de ingeniería regenerativa de andamios impresos con grafeno y otras aplicaciones electrónicas o médicas.

Dirigido por Ramille Shah, profesor asistente de ciencia e ingeniería de materiales en la Escuela de Ingeniería McCormick de Northwestern y de cirugía en la Escuela de Medicina Feinberg, y su becario postdoctoral Adam Jakus, el equipo desarrolló una tinta novedosa a base de grafeno que se puede utilizar para imprimir grandes, estructuras tridimensionales robustas.

"La gente ha intentado imprimir grafeno antes, ", Dijo Shah." Pero ha sido principalmente un compuesto de polímero con grafeno que representa menos del 20 por ciento del volumen ".

Con un volumen tan magro, esas tintas son incapaces de mantener muchas de las famosas propiedades del grafeno. Pero agregar mayores volúmenes de escamas de grafeno a la mezcla en estos sistemas de tinta generalmente da como resultado estructuras impresas demasiado quebradizas y frágiles para manipular. La tinta de Shah es lo mejor de ambos mundos. Al 60-70 por ciento de grafeno, conserva las propiedades únicas del material, incluida su conductividad eléctrica. Y es lo suficientemente flexible y robusto para imprimir estructuras macroscópicas robustas. El secreto de la tinta reside en su formulación:las escamas de grafeno se mezclan con un elastómero biocompatible y disolventes de rápida evaporación.

"Es una tinta líquida, "Shah explicó." Después de extruir la tinta, uno de los disolventes del sistema se evapora de inmediato, haciendo que la estructura se solidifique casi instantáneamente. La presencia de los otros disolventes y la interacción con el ligante polimérico específico elegido también tiene una contribución significativa a su flexibilidad y propiedades resultantes. Porque mantiene su forma, somos capaces de construir más objetos bien definidos ".

Con el respaldo de un regalo de Google y un premio McCormick Research Catalyst, la investigación se describe en el artículo "Impresión tridimensional de andamios de grafeno de alto contenido para aplicaciones electrónicas y biomédicas, "publicado en la edición de abril de 2015 de ACS Nano . Jakus es el primer autor del artículo. Mark Hersam, la Cátedra Bette y Neison Harris de Excelencia Docente, profesor de ciencia e ingeniería de materiales en McCormick, se desempeñó como coautor.

Experto en biomateriales, Shah dijo que los andamios de grafeno impresos en 3-D podrían desempeñar un papel en la ingeniería de tejidos y la medicina regenerativa, así como en los dispositivos electrónicos. Su equipo pobló uno de los andamios con células madre con resultados sorprendentes. No solo sobrevivieron las células, se dividieron, proliferado, y se transformó en células similares a neuronas.

"Eso es sin ningún factor de crecimiento adicional o señales que las personas usualmente tienen que usar para inducir la diferenciación en células similares a neuronas, "Dijo Shah." Si pudiéramos usar un material sin necesidad de incorporar otros agentes más costosos o complejos, eso sería ideal ".

La estructura de grafeno impresa también es lo suficientemente flexible y fuerte como para suturarla fácilmente a los tejidos existentes. por lo que podría utilizarse para sensores biodegradables e implantes médicos. Shah dijo que el elastómero biocompatible y la conductividad eléctrica del grafeno probablemente contribuyeron al éxito biológico del andamio.

"Las células conducen la electricidad de forma inherente, especialmente las neuronas, "Dijo Shah." Entonces, si están en un sustrato que puede ayudar a conducir esa señal, son capaces de comunicarse a distancias más amplias ".

La tinta basada en grafeno sigue directamente el trabajo que Shah y su estudiante graduada Alexandra Rutz completaron a principios de año para desarrollar más células compatibles, basado en agua, geles imprimibles. Como se describe en un artículo publicado en la edición de enero de 2015 de Materiales avanzados , El equipo de Shah desarrolló 30 formulaciones de bioink imprimibles, todos los cuales son materiales compatibles para tejidos y órganos. Estas tintas pueden imprimir estructuras tridimensionales que podrían actuar como punto de partida para órganos más complejos.

"Hay muchos tipos de tejidos diferentes, por eso necesitamos muchos tipos de tintas, "Dijo Shah." Hemos expandido esa caja de herramientas de biomaterial para poder optimizar más construcciones de tejido de ingeniería mimética utilizando la impresión 3-D ".