Ciencia Viral

Perfeccionan la impresión de gotas con ondas acústicas

Perfeccionan la impresión de gotas con ondas acústicas
Libélula azul con gotas de agua en la cabeza. Miroslaw Swietek

Investigadores de Harvard han desarrollado un nuevo método de impresión que utiliza ondas de sonido para generar gotas de líquidos con un rango de composición y viscosidad sin precedentes.

Esta técnica finalmente podría permitir la fabricación de muchos productos biofarmacéuticos, cosméticos y alimentos nuevos y ampliar las posibilidades de los materiales ópticos y conductivos.

«Al aprovechar las fuerzas acústicas, hemos creado una nueva tecnología que permite imprimir miles de materiales de forma individualizada», dijo Jennifer Lewis, profesora de ingeniería biológicamente inspirada en la Escuela John A. Paulson de Harvard y autora principal del artículo. La investigación se publica en Science Advances.

Las gotas líquidas se utilizan en muchas aplicaciones, desde la impresión de tinta en papel hasta la creación de microcápsulas para la administración de medicamentos. La impresión de chorro de tinta es la técnica más utilizada para modelar gotas líquidas, 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 de biopolímero y cargadas de células, que son vitales para los biofármacos y la bioimpresión, son al menos 100 veces más viscosas que el agua. Algunos biopolímeros basados en azúcar podrían ser tan viscosos como la miel, que es 25,000 veces más viscosa que el agua.

La viscosidad de estos fluidos también cambia drásticamente con la temperatura y la composición, lo que hace que sea 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 es independiente de las propiedades del material del fluido», dijo Daniele Foresti, primer autor del artículo. Para hacer eso, los investigadores recurrieron a las ondas acústicas.

Gracias a la gravedad, cualquier líquido puede gotear, desde el agua que gotea desde un grifo hasta el experimento de caída de un siglo de duración. Solo con la gravedad, el tamaño de gota sigue siendo grande y la tasa de caída es difícil de controlar. El alquitrán, que tiene una viscosidad de aproximadamente 200 mil millones de veces el 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 usado típicamente para desafiar la gravedad, como en el caso de la levitación acústica. Ahora, los investigadores los están utilizando para ayudar a la gravedad, doblando esta nueva técnica de impresión acoustoforética.

Los investigadores construyeron un resonador acústico de longitud de onda inferior que puede generar un campo acústico altamente confinado que produce una fuerza de tracción superior a 100 veces las fuerzas de gravedad normales (1 G) en la punta de la boquilla de la impresora. Eso es más de cuatro veces la fuerza gravitacional del 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 sea la amplitud de las ondas de sonido, menor será el tamaño de la gota, independientemente de la viscosidad del fluido.

«La idea es generar un campo acústico que, literalmente, desprenda pequeñas gotas de la boquilla, de forma muy similar a 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, por lo que el método es seguro de usar incluso con carga biológica sensible, como las células o proteínas vivas.

«Nuestra tecnología debería tener un impacto inmediato en la industria farmacéutica», dijo Lewis. «Sin embargo, creemos que esto se convertirá en una plataforma importante para múltiples industrias».

Recibe nuestras noticias en tu correo

Lo más leído