Científicos crean objetos en 3D mediante sonidos

Una nueva tecnología para ensamblar materia en 3D usa múltiples hologramas acústicos para generar campos de presión con los que se pueden imprimir partículas sólidas, perlas de gel e incluso células. Estos resultados allanan el camino para novedosas técnicas de cultivo celular en 3D con aplicaciones en ingeniería biomédica, según los creadores de este sistema, que publican resultados en 'Science Advances'.

A new holographic sound field approach can shape microparticles into #3D objects in one step. The technique could have applications in medical therapy, targeted drug delivery, and neurostimulation. https://t.co/8t6rlJPaM3 pic.twitter.com/8D8EpuQOrV

— Science Advances (@ScienceAdvances) February 9, 2023

¿En qué consiste?

La fabricación aditiva o impresión 3D permite fabricar piezas complejas a partir de materiales funcionales o biológicos. La impresión 3D convencional puede ser un proceso lento, en el que los objetos se construyen una capa cada vez. Ahora, investigadores de las universidades de Heidelberg y Tubinga demuestran cómo formar un objeto 3D a partir de bloques de construcción más pequeños en un solo paso.

"Hemos sido capaces de ensamblar micropartículas en un objeto tridimensional en una sola toma utilizando ultrasonidos con forma", explica en un comunicado Kai Melde, postdoctorando del grupo y primer autor del estudio. "Esto puede ser muy útil para la bioimpresión. Las células utilizadas son especialmente sensibles al entorno durante el proceso", añade Peer Fischer, catedrático de la Universidad de Heidelberg.

Las ondas sonoras ejercen fuerzas sobre la materia, algo que sabe cualquier asistente a un concierto que experimente las ondas de presión de un altavoz. Utilizando ultrasonidos de alta frecuencia, inaudibles para el oído humano, las longitudes de onda se pueden llevar por debajo de un milímetro hasta el ámbito microscópico, lo que sirve al investigador para manipular bloques de construcción muy pequeños, como las células biológicas.

Otros estudios

En sus estudios anteriores, Peer Fischer y sus colegas demostraron cómo formar ultrasonidos utilizando hologramas acústicos -placas impresas en 3D- que se fabrican para codificar un campo sonoro específico. Esos campos sonoros, demostraron, pueden utilizarse para ensamblar materiales en patrones bidimensionales. A partir de ahí, los científicos idearon un concepto de fabricación.

Con su nuevo estudio, el equipo pudo llevar su concepto un paso más allá. Capturan partículas y células que flotan libremente en el agua y las ensamblan en formas tridimensionales. Además, el nuevo método funciona con diversos materiales, como perlas de vidrio o hidrogel y células biológicas.

Para la formación de cultivos celurares y tejidos en 3D

El primer autor, Kai Melde, afirma que "la idea crucial era utilizar múltiples hologramas acústicos juntos y formar un campo combinado que pudiera atrapar las partículas". Heiner Kremer, autor del algoritmo para optimizar los campos de hologramas, añade: "La digitalización de todo un objeto 3D en campos de hologramas acústicos es muy exigente desde el punto de vista computacional y nos obligó a idear una nueva rutina de cálculo".

Los científicos creen que su tecnología es una plataforma prometedora para la formación de cultivos celulares y tejidos en 3D. La ventaja de los ultrasonidos es que son lo bastante suaves para utilizar células biológicas y que pueden penetrar profundamente en el tejido. Así, puede utilizarse para manipular y empujar células a distancia sin dañarlas.