Los investigadores de la Universidad de Harvard han desarrollado un nuevo método de impresión que utiliza ondas sonoras para generar gotas a partir de líquidos con un rango de composición y viscosidad sin precedentes. Esta técnica finalmente podría permitir la fabricación de muchos biofarmacéuticos, cosméticos y alimentos nuevos y ampliar las posibilidades demateriales ópticos y conductores.
"Al aprovechar las fuerzas acústicas, hemos creado una nueva tecnología que permite que se impriman innumerables materiales de forma personalizada", dijo Jennifer Lewis, profesora de ingeniería biológica de Hansjorg Wyss en Harvard John A. PaulsonFacultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas y el autor principal del artículo.
Lewis también es miembro principal de la facultad del Instituto Wyss de Ingeniería Biológicamente Inspirada y profesor de Artes y Ciencias de Jianming Yu en Harvard.
La investigación se publica en Avances científicos .
Las gotas de líquido se usan en muchas aplicaciones, desde la impresión de tinta en papel hasta la creación de microcápsulas para la entrega de medicamentos. La impresión por inyección de tinta es la técnica más común utilizada para modelar las gotas de líquido, pero solo es adecuada para líquidos que son aproximadamente 10 veces más viscosos que el agua.Sin embargo, muchos fluidos de interés para los investigadores son mucho más viscosos. Por ejemplo, las soluciones biopoliméricas y cargadas de células, que son vitales para los biofarmacéuticos y la bioimpresión, son al menos 100 veces más viscosas que el agua. Algunos biopolímeros a base de azúcar podrían ser tan viscosos comomiel, que es 25,000 veces más viscosa que el agua.
La viscosidad de estos fluidos también cambia dramáticamente con la temperatura y la composición, lo que hace aún más difícil optimizar los parámetros de impresión para controlar el tamaño de las gotas.
"Nuestro objetivo era eliminar la viscosidad de la imagen mediante el desarrollo de un sistema de impresión que sea independiente de las propiedades del material del fluido", dijo Daniele Foresti, primer autor del artículo, Branco Weiss Fellow y Research Associate in Materials Sciencee Ingeniería Mecánica en SEAS y el Instituto Wyss.
Para hacer eso, los investigadores recurrieron a las ondas acústicas.
Gracias a la gravedad, cualquier líquido puede gotear, desde el agua que gotea de un grifo hasta el experimento de caída de tono de un siglo de duración. Solo con la gravedad, el tamaño de la gota sigue siendo grande y la velocidad de caída es difícil de controlar. Paso, que tiene una viscosidad aproximadamente200 mil millones de veces la del agua, forma una sola gota por década.
Para mejorar la formación de gotas, el equipo de investigación se basa en la generación de ondas de sonido. Estas ondas de presión se han utilizado generalmente para desafiar la gravedad, como en el caso de la levitación acústica. Ahora, los investigadores las están utilizando para ayudar a la gravedad, doblando esta nueva técnicaimpresión acustophoretic.
Los investigadores construyeron un resonador acústico de longitud de onda inferior que puede generar un campo acústico altamente confinado que resulta en una fuerza de tracción superior a 100 veces las fuerzas de gravitación normales 1 G en la punta de la boquilla de la impresora, que es más de cuatro veces la fuerza gravitacionalen la superficie del sol.
Esta fuerza controlable extrae cada gota de la boquilla cuando alcanza un tamaño específico y la expulsa hacia el objetivo de impresión. Cuanto mayor es la amplitud de las ondas de sonido, menor es el tamaño de la gota, independientemente de la viscosidad del fluido.
"La idea es generar un campo acústico que literalmente separe pequeñas gotas de la boquilla, al igual que recoger manzanas de un árbol", dijo Foresti.
Los investigadores probaron el proceso en una amplia gama de materiales, desde miel hasta tintas de células madre, biopolímeros, resinas ópticas e incluso metales líquidos. Es importante destacar que las ondas de sonido no viajan a través de la gota, lo que hace que el método sea seguro de usarincluso con carga biológica sensible, como células vivas o proteínas.
"Nuestra tecnología debería tener un impacto inmediato en la industria farmacéutica", dijo Lewis. "Sin embargo, creemos que se convertirá en una plataforma importante para múltiples industrias".
"Este es un ejemplo exquisito e impactante de la amplitud y el alcance de la investigación colaborativa", dijo Dan Finotello, director del programa MRSEC de NSF. "Los autores han desarrollado una nueva plataforma de impresión utilizando fuerzas acústicas, que, a diferencia de otros métodos, son independientes del material y, por lo tanto, ofrecen una gran versatilidad de impresión. El espacio de aplicación es ilimitado ".
La Oficina de Desarrollo Tecnológico de Harvard ha protegido la propiedad intelectual relacionada con este proyecto y está explorando oportunidades de comercialización.
Esta investigación fue coautora de Katharina Kroll, Robert Amissah, Francesco Sillani, Kimberly Homan y Dimos Poulikakos. Fue financiada por Society in Science a través de Branco Weiss Fellowship y la National Science Foundation a través de Harvard MRSEC.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences . Original escrito por Leah Burrows. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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