La integración de la memoria mecánica en forma de resortes ha demostrado durante cientos de años ser una tecnología clave para dispositivos mecánicos (como los relojes), logrando una funcionalidad avanzada a través de movimientos autónomos complejos. Actualmente, la integración de resortes en la microtecnología basada en silicio ha abierto el mundo de los dispositivos mecatrónicos planos producibles en masa de los que todos nos beneficiamos, a través de sensores de bolsas de aire, por ejemplo.
Sin embargo, para una nueva generación de aplicaciones biomédicas mínimamente e incluso no invasivas, se deben lograr dispositivos móviles que puedan interactuar mecánicamente de manera segura con las células a escalas mucho más pequeñas (10 micrones) y con fuerzas mucho más suaves (escala pico Newton, es decir, levantar menos peso). de una millonésima parte de un mg) y en formas tridimensionales personalizadas.
Investigadores de la Universidad Tecnológica de Chemnitz, el Instituto de Tecnología Avanzada de Shenzhen de la Academia China de Ciencias y el Leibniz IFW Dresden, en una publicación reciente en Nature Nanotechnology , han demostrado que se pueden integrar resortes controlables en ubicaciones elegidas arbitrariamente dentro de estructuras tridimensionales blandas mediante la fabricación fotolitográfica confocal (con precisión a nanoescala) de un nuevo material magnéticamente activo en forma de un fotorresistente impregnado con densidades personalizables de nanopartículas magnéticas. P>
Estos "picoresortes" tienen una flexibilidad notablemente grande y ajustable y se pueden controlar de forma remota a través de campos magnéticos (incluso en las profundidades del cuerpo humano), lo que permite el movimiento articulado en microrobots, así como micromanipulaciones mucho más allá de lo último en tecnología.
Además, la extensión de los picorresortes también se puede utilizar visualmente para medir fuerzas, por ejemplo fuerzas de propulsión o de agarre, en interacción con otros objetos como células. Por ejemplo, estos picorresortes se han utilizado para medir la fuerza de propulsión locomotora de los espermatozoides.
La publicación muestra estas capacidades al demostrar varios microrobots (incluido un micropingüino) que contienen picosprings en múltiples ubicaciones que pueden realizar estas tareas a escala celular:impulsarse, agarrar y liberar células y medir las fuerzas diminutas necesarias para hacerlo de forma segura.
El Dr. Haifeng Yu, primer autor del estudio y líder del grupo en la Academia China de Ciencias en Shenzhen (China), dice:"La elasticidad programable a escala micrométrica ofrece una estrategia factible para producir dispositivos 3D y 'microcirujanos' finamente estructurados capaz de realizar tareas médicas complejas."
La Dra. Mariana Medina-Sánchez, líder de grupo en Leibniz IFW y BCUBE-TU Dresden, coautora y cosupervisora de este trabajo, agrega:"Estas micromáquinas basadas en picoresortes con elasticidad y magnetismo programables, elaboradas mediante fabricación monolítica, abren Numerosas posibilidades para la detección y actuación de fuerzas localizadas en entornos con un número de Reynolds bajo. Esta versatilidad subraya su importancia en un espectro de aplicaciones biomédicas."
El profesor Oliver Schmidt, último autor del artículo y supervisor de este trabajo, ve esto como otro paso importante en la transición hacia una microrrobótica modular inteligente y suave lista para la vida. "Los microdispositivos controlados remotamente que utilizan campos magnéticos constituyen una tecnología particularmente prometedora para aplicaciones médicas no invasivas, y ahora esto se extiende a los mecanismos mecánicos dentro de estos microdispositivos remotos", afirma Schmidt.
"Poder incorporar resortes de diseño también añadirá una nueva herramienta a la creciente capacidad de la TU Chemnitz hacia la morfogénesis microelectrónica y la vida artificial", añade el profesor John McCaskill, coautor del estudio, miembro del Centro de Investigación MAIN y fundador. director del Centro Europeo de Tecnología Viva.
Más información: Haifeng Xu et al, microrobots blandos nanofabricados en 3D con resortes picoforce súper compatibles como sensores y actuadores integrados, Nature Nanotechnology (2024). DOI:10.1038/s41565-023-01567-0
Información de la revista: Nanotecnología de la naturaleza
Proporcionado por la Universidad Tecnológica de Chemnitz
