Por primera vez, los investigadores han demostrado que se puede usar una fibra óptica tan delgada como un cabello humano para crear estructuras microscópicas con impresión 3D basada en láser. El enfoque innovador podría algún día usarse con un endoscopio para fabricar pequeñas estructuras biocompatiblesdirectamente en el tejido dentro del cuerpo. Esta capacidad podría permitir nuevas formas de reparar el daño tisular.
"Con un mayor desarrollo, nuestra técnica podría permitir herramientas de microfabricación endoscópica que serían valiosas durante la cirugía", dijo el líder del equipo de investigación Paul Delrot, de la Escuela Politécnica Federal de Lausana, Suiza. "Estas herramientas podrían usarse para imprimir micro o nano-escalar estructuras 3D que facilitan la adhesión y el crecimiento de las células para crear tejidos diseñados que restauran los tejidos dañados ".
En la revista The Optical Society OSA Óptica Express , los investigadores muestran que su nuevo enfoque puede crear microestructuras con una resolución de impresión lateral de 1.0 micras lateral de lado a lado y axial de 21.5 micras profundidad. Aunque estas microestructuras se crearon en un portaobjetos de microscopio, el enfoque podríasería útil para estudiar cómo las células interactúan con diversas microestructuras en modelos animales, lo que ayudaría a allanar el camino para la impresión endoscópica en las personas.
Para crear las microestructuras, los investigadores sumergieron el extremo de una fibra óptica en un líquido conocido como fotopolímero que se solidifica o cura cuando se ilumina con un color de luz específico. Usaron la fibra óptica para entregar y enfocar digitalmente el punto de luz láser-por punto en el líquido para construir una microestructura tridimensional.
Al imprimir detalles delicados en piezas grandes, la nueva herramienta de microfabricación ultracompacta también podría ser un complemento útil para las impresoras 3D disponibles comercialmente en la actualidad que se utilizan para todo, desde la creación rápida de prototipos hasta la fabricación de dispositivos médicos personalizados ". Al usar una impresoracabezal con una resolución baja para las piezas a granel y nuestro dispositivo como un cabezal de impresora secundario para los detalles finos, se podría lograr la fabricación aditiva de resolución múltiple ", dijo Delrot.
Simplificando la configuración
Las técnicas actuales de microfabricación basadas en láser se basan en un fenómeno óptico no lineal llamado fotopolimerización de dos fotones para curar selectivamente un volumen profundo dentro de un material fotosensible líquido. Estas técnicas son difíciles de usar para aplicaciones biomédicas porque la fotopolimerización de dos fotones requiere una compleja yLáseres caros que emiten pulsos muy cortos, así como sistemas ópticos voluminosos para entregar la luz.
"Nuestro grupo tiene experiencia en la manipulación y conformación de la luz a través de fibras ópticas, lo que nos llevó a pensar que las microestructuras podrían imprimirse con un sistema compacto. Además, para hacer que el sistema sea más asequible, aprovechamos un fotopolímero con un material no linealrespuesta a la dosis. Esto puede funcionar con un simple láser de onda continua, por lo que no se requieren costosos láseres pulsados ", dijo Delrot.
Para curar selectivamente un volumen específico de material, los investigadores aprovecharon un fenómeno químico en el que la solidificación solo ocurre por encima de un cierto umbral en la intensidad de la luz. Al realizar un estudio detallado de los parámetros de escaneo de la luz y el comportamiento del fotopolímero, los investigadores descubrieronLos mejores parámetros para utilizar este fenómeno químico para imprimir microestructuras utilizando un láser económico y de baja potencia que emite de forma continua en lugar de pulsado.
Para crear microestructuras sólidas y huecas, los investigadores utilizaron un precursor de polímero orgánico dopado con un fotoiniciador hecho de componentes químicos listos para usar. Enfocaron una luz de emisión de láser de onda continua a una longitud de onda de 488 nanómetros: luz de longitud de onda visible quees potencialmente seguro para las células: a través de una fibra óptica lo suficientemente pequeña como para caber en una jeringa. Utilizando un enfoque conocido como conformación de frente de onda, pudieron enfocar la luz dentro del fotopolímero para que solo se curara un pequeño punto 3D. Realizando un paso de calibraciónantes de la microfabricación les permitía enfocar digitalmente y escanear la luz láser a través de la fibra óptica ultrafina sin mover la fibra.
"En comparación con los sistemas de vanguardia de fotopolimerización de dos fotones, nuestro dispositivo tiene una resolución de impresión más gruesa, sin embargo, es potencialmente suficiente para estudiar las interacciones celulares y no requiere sistemas ópticos voluminosos ni costosos láseres pulsados", dijoDelrot: "Dado que nuestro enfoque no requiere componentes ópticos complejos, podría adaptarse para usarlo con los sistemas endoscópicos actuales".
Avanzando hacia el uso clínico
Los investigadores están trabajando para desarrollar fotopolímeros biocompatibles y un sistema compacto de administración de fotopolímeros, que son necesarios antes de que la técnica pueda ser utilizada en personas. También se necesita una velocidad de escaneo más rápida, pero en casos donde el tamaño del instrumento no es crítico, esta limitaciónpodría superarse utilizando un endoscopio comercial en lugar de la fibra ultrafina. Finalmente, se requiere una técnica para finalizar y procesar la estructura impresa dentro del cuerpo para crear microestructuras con funciones biomédicas.
"Nuestro trabajo muestra que la microfabricación 3D se puede lograr con otras técnicas además de enfocar un láser pulsado de femtosegundo de alta potencia", dijo Delrot. "El uso de láseres menos complejos o fuentes de luz hará que la fabricación aditiva sea más accesible y creará nuevas oportunidades de aplicaciones comocomo el que demostramos "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por La sociedad óptica . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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