Los nanoingenieros de la Universidad de California en San Diego utilizaron una innovadora tecnología de impresión 3D que desarrollaron para fabricar microrobots multipropósito con forma de pez, llamados microfish, que nadan de manera eficiente en líquidos, funcionan químicamente con peróxido de hidrógeno y se controlan magnéticamente.Los micropeces sintéticos de prueba de concepto inspirarán a una nueva generación de microrobots "inteligentes" que tienen diversas capacidades, como la desintoxicación, la detección y la administración dirigida de fármacos, dijeron los investigadores.
La técnica utilizada para fabricar el micropechín proporciona numerosas mejoras con respecto a otros métodos tradicionalmente empleados para crear microrobots con varios mecanismos de locomoción, como motores de microjet, microperforadores y microrockets. La mayoría de estos microrobots son incapaces de realizar tareas más sofisticadas porque presentan diseños simples- como estructuras esféricas o cilíndricas - y están hechos de materiales inorgánicos homogéneos. En este nuevo estudio, los investigadores demostraron una forma sencilla de crear microrobots más complejos.
La investigación, dirigida por los profesores Shaochen Chen y Joseph Wang del Departamento de Nanoingeniería de la UC San Diego, se publicó en la edición del 12 de agosto de la revista Materiales avanzados .
Al combinar la tecnología de impresión 3D de Chen con la experiencia de Wang en microrobots, el equipo pudo construir micropeces personalizados que pueden hacer más que simplemente nadar cuando se colocan en una solución que contiene peróxido de hidrógeno. Los nanoingenieros pudieron agregar fácilmente nanopartículas funcionales en ciertospartes de los cuerpos de los micropeces. Instalaron nanopartículas de platino en las colas, que reaccionan con el peróxido de hidrógeno para impulsar el micropecho hacia adelante, y nanopartículas magnéticas de óxido de hierro en las cabezas, lo que les permitió ser dirigidas con imanes.
"Hemos desarrollado un método completamente nuevo para diseñar nadadores microscópicos inspirados en la naturaleza que tienen estructuras geométricas complejas y son más pequeños que el ancho de un cabello humano. Con este método, podemos integrar fácilmente diferentes funciones dentro de estos pequeños nadadores robóticos para unamplio espectro de aplicaciones ", dijo el co-primer autor Wei Zhu, estudiante de doctorado en nanoingeniería en el grupo de investigación de Chen en la Escuela de Ingeniería Jacobs en UC San Diego.
Como demostración de prueba de concepto, los investigadores incorporaron nanopartículas neutralizadoras de toxinas en todos los cuerpos de los micropeces. Específicamente, los investigadores mezclaron nanopartículas de polidiacetileno PDA, que capturan toxinas dañinas que forman poros, como las que se encuentran enveneno de abeja. Los investigadores notaron que la poderosa natación de los micro peces en solución mejoró en gran medida su capacidad para limpiar toxinas. Cuando las nanopartículas de PDA se unen con moléculas de toxinas, se vuelven fluorescentes y emiten luz de color rojo. El equipo pudo monitorear elcapacidad de desintoxicación de los micro peces por la intensidad de su brillo rojo.
"Lo bueno de este experimento es que muestra cómo los micropeces pueden servir doblemente como sistemas de desintoxicación y como sensores de toxinas", dijo Zhu.
"Otra posibilidad interesante que podríamos explorar es encapsular medicamentos dentro del micropecho y usarlos para la administración dirigida de medicamentos", dijo Jinxing Li, el otro coautor del estudio y estudiante de doctorado en nanoingeniería en el grupo de investigación de Wang..
Cómo funciona esta nueva tecnología de impresión 3D
El nuevo método de fabricación de micropeces se basa en una tecnología de impresión 3D rápida y de alta resolución llamada impresión óptica continua a microescala μCOP, que fue desarrollada en el laboratorio de Chen. Algunos de los beneficios de la tecnología μCOP son la velocidad, escalabilidad, precisión yflexibilidad. En segundos, los investigadores pueden imprimir una matriz que contiene cientos de micropeces, cada uno de 120 micrones de largo y 30 micrones de espesor. Este proceso tampoco requiere el uso de productos químicos agresivos. Debido a que la tecnología μCOP está digitalizada, los investigadores pudieron experimentar fácilmentecon diferentes diseños para su micropecho, incluidas las formas de tiburones y mantarrayas.
"Con nuestra tecnología de impresión 3D, no estamos limitados solo a formas de peces. Podemos construir rápidamente microrobots inspirados en otros organismos biológicos como las aves", dijo Zhu.
El componente clave de la tecnología μCOP es un chip de dispositivo de matriz de microespejos digitales DMD, que contiene aproximadamente dos millones de microespejos. Cada microespejo se controla individualmente para proyectar luz ultravioleta en el patrón deseado en este caso, una forma de pez sobreun material fotosensible, que se solidifica al exponerse a la luz ultravioleta. Los micropeces se construyen utilizando un material fotosensible y se construyen una capa a la vez, lo que permite que cada conjunto de nanopartículas funcionales se "imprima" en partes específicas de los cuerpos de los peces.
"Este método nos ha facilitado probar diferentes diseños para estos microrobots y probar diferentes nanopartículas para insertar nuevos elementos funcionales en estas estructuras diminutas. Es mi esperanza personal avanzar en esta investigación para eventualmente desarrollar microrobots quirúrgicos que operen de manera más segura ycon más precisión ", dijo Li.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - San Diego . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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