Impresión 3D con ultrasonido

El ultrasonido crea un campo de sonido en el que las partículas se moldean en un objeto. Kai Melde, MPI para la Investigación Médica, Universidad de Heidelberg / El uso de ondas sonoras para crear un campo de presión para imprimir partículas. Kai Melde, MPI para la Investigación Médica, Universidad de Heidelberg

Investigadores del grupo de investigación "Micro, Nano y Sistemas Moleculares" en el Instituto Max-Planck de Investigación Médica y del Instituto de Ingeniería de Sistemas Moleculares y Materiales Avanzados de la Universidad de Heidelberg han desarrollado una nueva tecnología para imprimir materia en 3D. Utilizan sonidos, o ondas de choque, para generar campos de presión. Dentro de estos campos de sonido, por ejemplo, partículas sólidas o células biológicas pueden ser ensambladas en formas seleccionadas. Los hallazgos allanan el camino para nuevas técnicas de cultivo celular en 3D con gran relevancia para técnicas biomédicas. Los resultados del estudio fueron publicados el 8 de febrero en Science Advances.

La impresión 3D permite la fabricación de piezas complejas a partir de diversos materiales, incluso biológicos. La impresión 3D convencional puede ser un proceso lento, en el que los objetos se construyen capa por capa. Investigadores en Heidelberg y Tübingen muestran ahora cómo formar un objeto 3D a partir de bloques más pequeños en un solo paso.

"Con ultrasonido dirigido y moldeado, pudimos unir las partículas más pequeñas en un solo paso para formar un objeto tridimensional", dice Kai Melde, postdoctorado en el grupo y primer autor del estudio. "Esto puede ser muy útil para la llamada bioimpresión. Las células utilizadas allí son especialmente sensibles a influencias del entorno y el ultrasonido es un método suave", añade Peer Fischer, profesor en la Universidad de Heidelberg.

Las ondas de choque ejercen fuerzas sobre la materia, una realidad que todo asistente a un concierto conoce al experimentar las ondas de presión de un altavoz. Con ultrasonido de alta frecuencia, que no es audible para el oído humano, las longitudes de onda pueden reducirse a menos de un milímetro en el ámbito microscópico, permitiendo a los investigadores manipular bloques muy pequeños como células biológicas.

En estudios anteriores, Peer Fischer y colegas demostraron cómo el ultrasonido puede generarse mediante hologramas acústicos — placas impresas en 3D que codifican un campo de sonido específico. Demostraron que estos campos acústicos pueden usarse para ensamblar materiales en patrones bidimensionales.

Con su nuevo estudio, el equipo pudo llevar la idea un paso más allá. En los campos de sonido, capturan partículas y células que flotan libremente en el agua y las ensamblan en formas tridimensionales. Además, el método funciona con una variedad de materiales, incluyendo perlas de vidrio o hidrogel y células biológicas. Kai Melde, el primer autor, dice que "la idea clave fue usar varios hologramas acústicos juntos para formar un campo de sonido que pueda capturar las partículas". Heiner Kremer, quien desarrolló el algoritmo para optimizar los campos holográficos, añade: "Digitalizar un objeto 3D completo en campos holográficos de ultrasonido es muy intensivo en cálculos y requirió nuevas rutinas de computación".

Los científicos creen que su tecnología representa un gran avance en la formación de cultivos celulares y tejidos en 3D. La ventaja del ultrasonido es que es suave para las células y puede penetrar profundamente en el tejido. Así, el nuevo método puede usarse para manipular células a distancia sin dañarlas.