Investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) han desarrollado un nuevo método de geles de impresión 3D y otros materiales blandos. Publicado en un nuevo artículo, tiene el potencial de crear estructuras complejas con precisión de escala nanométrica. Debido a que muchos geles son compatibles con células vivas, El nuevo método podría impulsar la producción de dispositivos médicos pequeños y blandos, como sistemas de administración de fármacos o electrodos flexibles que se pueden insertar en el cuerpo humano.

Una impresora 3D estándar crea estructuras sólidas creando láminas de material, generalmente plástico o caucho, y construyéndolas capa por capa, como una lasaña, hasta que se cree todo el objeto.

Usar una impresora 3-D para fabricar un objeto de gel es "un proceso de cocción un poco más delicado, ", dijo el investigador del NIST, Andrei Kolmakov. En el método estándar, la cámara de la impresora 3D está llena de una sopa de polímeros de cadena larga, grupos largos de moléculas unidas entre sí, disueltos en agua. Luego se agregan "especias", moléculas especiales que son sensibles a la luz. Cuando la luz de la impresora 3D activa esas moléculas especiales, unen las cadenas de polímeros de modo que formen una estructura esponjosa similar a una red. Este andamio todavía rodeado de agua líquida, es el gel.

Típicamente, Las modernas impresoras de gel 3-D han utilizado luz láser ultravioleta o visible para iniciar la formación del andamio de gel. Sin embargo, Kolmakov y sus colegas han centrado su atención en una técnica de impresión 3D diferente para fabricar geles, utilizando haces de electrones o rayos X. Debido a que estos tipos de radiación tienen una energía más alta, o una longitud de onda más corta, que la luz ultravioleta y visible, estos haces pueden enfocarse más estrechamente y, por lo tanto, producir geles con detalles estructurales más finos. Este detalle es exactamente lo que se necesita para la ingeniería de tejidos y muchas otras aplicaciones médicas y biológicas. Los electrones y los rayos X ofrecen una segunda ventaja:no requieren un conjunto especial de moléculas para iniciar la formación de geles.

Pero en la actualidad las fuentes de esta estrechamente enfocada, La radiación de longitud de onda corta (microscopios electrónicos de barrido y microscopios de rayos X) sólo puede funcionar en el vacío. Eso es un problema porque en el vacío el líquido de cada cámara se evapora en lugar de formar un gel.

Kolmakov y sus colegas en NIST y en Elettra Sincrotrone Trieste, en Italia, resolvió el problema y demostró la impresión en gel 3-D en líquidos colocando una barrera ultrafina, una delgada hoja de nitruro de silicio, entre el vacío y la cámara de líquido. La hoja delgada protege al líquido de la evaporación (como lo haría normalmente en el vacío) pero permite que los rayos X y los electrones penetren en el líquido. El método permitió al equipo utilizar el enfoque de impresión 3D para crear geles con estructuras tan pequeñas como 100 nanómetros (nm), aproximadamente 1, 000 veces más delgado que un cabello humano. Refinando su método, los investigadores esperan imprimir estructuras en los geles tan pequeñas como 50 nm, del tamaño de un virus pequeño.

Algunas estructuras futuras hechas con este enfoque podrían incluir electrodos inyectables flexibles para monitorear la actividad cerebral, biosensores para la detección de virus, micro-robots blandos, y estructuras que pueden emular e interactuar con células vivas y proporcionar un medio para su crecimiento.

"Estamos incorporando nuevas herramientas (haces de electrones y rayos X que operan en líquidos) en la impresión 3D de materiales blandos, ", dijo Kolmakov. Él y sus colaboradores describieron su trabajo en un artículo publicado en línea el 16 de septiembre en ACS Nano .

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de NIST. Lea la historia original aquí.