Los tejidos biológicos han evolucionado a lo largo de milenios para estar perfectamente optimizados para sus funciones específicas. Tomemos como ejemplo el cartílago. Es un tejido flexible y elástico que es lo suficientemente suave como para amortiguar las articulaciones, pero lo suficientemente fuerte como para resistir la compresión y soportar la carga sustancial de nuestra carga.cuerpos: clave para correr, saltar y nuestro desgaste diario.
Crear reemplazos sintéticos que realmente coincidan con las propiedades y comportamientos de los tejidos biológicos no ha sido fácil. Pero los científicos de la Universidad de Colorado en Denver, dirigidos por el profesor de ingeniería mecánica Chris Yakacki, PhD, son los primeros en imprimir en 3D una estructura reticular compleja y porosausando elastómeros de cristal líquido LCE creando dispositivos que finalmente pueden imitar el cartílago y otros tejidos biológicos.
El equipo de CU Denver, incluido el profesor Kai Yu, PhD, el becario posdoctoral Devesh Mistry, PhD y el estudiante de doctorado Nicholas Traugutt, así como científicos de la Universidad de Ciencia y Tecnología del Sur de China, informaron sus hallazgos esta semana en la revista Materiales avanzados .
Revolución en la fabricación de LCE
Yakacki, que trabaja en el Laboratorio de Materiales Inteligentes y Biomecánica SMAB de CU Denver, comenzó a trabajar con LCE en 2012. Los materiales suaves y multifuncionales son conocidos por su elasticidad y su extraordinaria capacidad para disipar alta energía. En 2018, Yakacki recibió unPremio NSF CAREER para revolucionar la capacidad de fabricación de los LCE y varias rondas de financiación para desarrollarlos como amortiguadores para los cascos de fútbol americano. Incluso entonces, sabía que sus aplicaciones podrían ir más allá.
"Todo el mundo ha oído hablar de cristales líquidos porque los miras en la pantalla de tu teléfono", dice Yakacki. "Y es probable que hayas oído hablar de polímeros de cristal líquido porque eso es exactamente lo que es Kevlar. Nuestro desafío fue convertirlos en polímeros blandos,como elastómeros, para usarlos como amortiguadores. Ahí es cuando bajas las capas de complejidad ".
Las LCE son difíciles de manipular. Hasta ahora, la mayoría de los investigadores podían crear objetos grandes con mínimo detalle o alto detalle en estructuras prácticamente microscópicas. Pero al igual que con las pantallas de los teléfonos, los grandes dispositivos con altas resoluciones son el futuro. Yakacki y su equipoLos productos químicos y el proceso de impresión redujeron la dificultad a casi cero.
brillando una luz sobre resina similar a la miel
Para su estudio, Yakacki y su equipo exploraron un proceso de impresión en 3D llamado procesamiento digital de luz DLP. El equipo desarrolló una resina LC similar a la miel que, cuando se golpea con luz ultravioleta, se cura, formando nuevos enlaces en una sucesión decapas finas de fotopolímero. La resina curada final forma un elastómero suave, fuerte y conforme. Cuando se imprime en estructuras de celosía niveles de patrones similares a un panal de abejas es cuando comienza a imitar el cartílago.
El grupo imprimió varias estructuras, incluida una pequeña y detallada flor de loto y un prototipo de una jaula de fusión espinal, creando el dispositivo LCE más grande con más detalle. La combinación de la resina y el proceso de impresión también condujo a una tasa 12 veces mayor.dependencia y disipación de energía de deformación hasta 27 veces mayor en comparación con los impresos a partir de una resina de elastómero fotocurable comercialmente disponible.
desde cascos de fútbol hasta la columna vertebral
En adelante, las estructuras tienen varias aplicaciones, como espuma de casco de fútbol americano que absorbe los golpes o incluso pequeños implantes biomédicos para los dedos de los pies. Yakacki está muy entusiasmado con sus posibilidades en la columna vertebral.
prototipo de jaula espinal LCE
"La columna vertebral está llena de desafíos y es un problema difícil de resolver", dijo Yakacki. "La gente ha intentado hacer discos de tejido espinal sintético y no han hecho un buen trabajo. Con la impresión 3D y la alta resoluciónHemos obtenido de él, puede coincidir exactamente con la anatomía de una persona. Un día, podremos cultivar células para reparar la columna vertebral, pero por ahora, podemos dar un paso adelante con la próxima generación de materiales. Ahí es dondeme gustaría ir "
Este trabajo es apoyado por el Laboratorio de Investigación del Ejército de EE. UU. Y la Oficina de Investigación del Ejército de EE. UU., Un Premio NSF CAREER y el programa de Investigación y Desarrollo Dirigido por Laboratorio en Sandia National Laboratories, para la Administración Nacional de Seguridad Nuclear del Departamento de Energía de EE. UU.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Colorado Denver . Original escrito por Rachel Sturtz. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :