Creación de objetos 3D con sonido
Científicos presentan una nueva tecnología para ensamblar materia en 3D mediante ondas sonoras para impresión 3D
Científicos del Laboratorio de Micro, Nano y Sistemas Moleculares del Instituto Max Planck de Investigación Médica y del Instituto de Ingeniería de Sistemas Moleculares y Materiales Avanzados de la Universidad de Heidelberg han creado una nueva tecnología para ensamblar materia en 3D. Su concepto utiliza múltiples hologramas acústicos para generar campos de presión con los que se pueden imprimir partículas sólidas, perlas de gel e incluso células biológicas. Estos resultados allanan el camino para novedosas técnicas de cultivo celular en 3D con aplicaciones en ingeniería biomédica. Los resultados del estudio se publicaron en la revista Science Advances el 08 de febrero.
El uso de ondas sonoras para crear un campo de presión para imprimir partículas
Kai Melde, MPI für medizinische Forschung
La fabricación aditiva o impresión 3D permite fabricar piezas complejas a partir de materiales funcionales o biológicos. La impresión 3D convencional puede ser un proceso lento, en el que los objetos se construyen una línea o una capa cada vez. Ahora, investigadores de Heidelberg y Tubinga demuestran cómo formar un objeto 3D a partir de bloques de construcción más pequeños en un solo paso.
"Hemos sido capaces de ensamblar micropartículas en un objeto tridimensional en una sola toma utilizando ultrasonidos con forma", explica Kai Melde, postdoctorando del grupo y primer autor del estudio. "Esto puede ser muy útil para la bioimpresión. Las células utilizadas son especialmente sensibles al entorno durante el proceso", añade Peer Fischer, catedrático de la Universidad de Heidelberg.
Las ondas sonoras ejercen fuerzas sobre la materia, un hecho que conoce cualquier asistente a un concierto que experimente las ondas de presión de un altavoz. Con los ultrasonidos de alta frecuencia, inaudibles para el oído humano, se pueden llevar las longitudes de onda por debajo de un milímetro al ámbito microscópico, lo que sirve al investigador para manipular bloques de construcción muy pequeños, como las células biológicas.
En sus estudios anteriores, Peer Fischer y sus colegas demostraron cómo formar ultrasonidos utilizando hologramas acústicos, placas impresas en 3D que se fabrican para codificar un campo sonoro específico. Esos campos sonoros, demostraron, pueden utilizarse para ensamblar materiales en patrones bidimensionales. A partir de ahí, los científicos idearon un concepto de fabricación.
Con su nuevo estudio, el equipo pudo llevar su concepto un paso más allá. Capturan partículas y células que flotan libremente en el agua y las ensamblan en formas tridimensionales. Además, el nuevo método funciona con diversos materiales, como perlas de vidrio o hidrogel y células biológicas. El primer autor, Kai Melde, afirma que "la idea crucial era utilizar múltiples hologramas acústicos juntos y formar un campo combinado capaz de atrapar las partículas". Heiner Kremer, autor del algoritmo para optimizar los campos de hologramas, añade: "La digitalización de todo un objeto tridimensional en campos de hologramas ultrasónicos es muy exigente desde el punto de vista computacional y nos obligó a idear una nueva rutina de cálculo".
Los científicos creen que su tecnología es una plataforma prometedora para la formación de cultivos celulares y tejidos en 3D. La ventaja de los ultrasonidos es que son suaves con las células biológicas y pueden penetrar profundamente en los tejidos. Así puede utilizarse para manipular y empujar células a distancia sin dañarlas.
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