Los investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del DOE Berkeley Lab han impreso en 3D un dispositivo totalmente líquido que, con solo hacer clic en un botón, se puede reconfigurar repetidamente bajo demanda para servir una amplia gama de aplicaciones, desde la fabricación de materiales de bateríapara la detección de candidatos a drogas.
"Lo que demostramos es notable. Nuestro dispositivo impreso en 3D se puede programar para llevar a cabo reacciones químicas complejas de varios pasos a pedido", dijo Brett Helms, científico del personal de la División de Ciencias de Materiales de Berkeley Lab y Molecular Foundry, quien dirigió el estudio"Lo que es aún más sorprendente es que esta plataforma versátil se puede reconfigurar para combinar moléculas de manera eficiente y precisa para formar productos muy específicos, como materiales orgánicos para baterías".
Los hallazgos del estudio, que se informaron en la revista Comunicaciones de la naturaleza , es el último de una serie de experimentos en Berkeley Lab que fabrican materiales totalmente líquidos con una impresora 3D.
El año pasado, un estudio en coautoría de Helms y Thomas Russell, un investigador visitante de la Universidad de Massachusetts en Amherst que lidera el Programa de Asambleas Interfaces Adaptativas hacia Líquidos Estructurados en la División de Ciencias de Materiales de Berkeley Lab, fue pionero en una nueva técnica para imprimir variosestructuras líquidas, desde gotas hasta remolinos de líquido, dentro de otro líquido.
"Después de esa demostración exitosa, un grupo de nosotros se reunió para hacer una lluvia de ideas sobre cómo podríamos usar la impresión líquida para fabricar un dispositivo que funcione", dijo Helms. "Entonces se nos ocurrió: si podemos imprimir líquidos en canales y flujos definidoscontenido a través de ellos sin destruirlos, entonces podríamos hacer dispositivos fluídicos útiles para una amplia gama de aplicaciones, desde nuevos tipos de laboratorios químicos miniaturizados hasta incluso baterías y dispositivos electrónicos ".
Para hacer el dispositivo fluídico imprimible en 3D, el autor principal Wenqian Feng, investigador postdoctoral en la División de Ciencias de Materiales de Berkeley Lab, diseñó un sustrato de vidrio con un diseño especial. Cuando dos líquidos, uno que contiene partículas de arcilla a nanoescala, otro que contiene partículas de polímero,se imprimen en el sustrato, se unen en la interfaz de los dos líquidos y en milisegundos forman un canal o tubo muy delgado de aproximadamente 1 milímetro de diámetro.
Una vez que se forman los canales, los catalizadores se pueden colocar en diferentes canales del dispositivo. El usuario puede imprimir puentes en 3D entre los canales, conectándolos para que una sustancia química que fluya a través de ellos encuentre catalizadores en un orden específico, desencadenando una cascadade reacciones químicas para producir compuestos químicos específicos. Y cuando se controla mediante una computadora, este complejo proceso puede automatizarse "para ejecutar tareas asociadas con la colocación del catalizador, construir puentes líquidos dentro del dispositivo y ejecutar secuencias de reacción necesarias para formar moléculas", dijo Russell.
El dispositivo multitarea también se puede programar para funcionar como un sistema circulatorio artificial que separa las moléculas que fluyen a través del canal y elimina automáticamente los subproductos no deseados mientras continúa imprimiendo una secuencia de puentes a catalizadores específicos, y lleva a cabo los pasos de síntesis química.
"La forma y las funciones de estos dispositivos solo están limitadas por la imaginación del investigador", explicó Helms. "La síntesis autónoma es un área emergente de interés en las comunidades de química y materiales, y nuestra técnica para dispositivos de impresión 3D para todos-la química del flujo de líquidos podría ayudar a desempeñar un papel importante en el establecimiento del campo "
Russell agregó: "La combinación de experiencia en ciencia de materiales y química en Berkeley Lab, junto con instalaciones de usuario de clase mundial disponibles para investigadores de todo el mundo, y el talento joven que se siente atraído por el laboratorio es único. No podríamos"he desarrollado este programa en otro lugar "
Luego, los investigadores planean electrificar las paredes del dispositivo usando nanopartículas conductoras para expandir los tipos de reacciones que se pueden explorar. "Con nuestra técnica, creemos que también debería ser posible crear circuitos totalmente líquidos, celdas de combustible yincluso baterías ", dijo Helms." Ha sido realmente emocionante para nuestro equipo combinar fluidos y química de flujo de una manera que sea fácil de usar y programable por el usuario ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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