Un pequeño barco impreso en 3D ofrece miles de nuevas posibilidades para la nanotecnología

Hemos visto algunos grandes barcos Benchy impresos en 3D antes, ¡pero apuesto a que nunca has visto uno tan pequeño! Un equipo de investigadores de la Universidad de Leiden en los Países Bajos han publicado un artículo titulado «Micro nadadores coloidales impresos en 3D con propulsión catalítica, ”En la revista Soft Matter sobre su investigación sobre micro nadadores biológicos, como las bacterias, mediante el uso de impresión 3D a microescala. Con solo 30 micrones de largo, su 3DBenchy es probablemente el bote más pequeño del mundo.

“Los micro nadadores sintéticos son sistemas modelo ampliamente empleados en el estudio de fenómenos fuera de equilibrio. A diferencia de los micro nadadores biológicos que se encuentran naturalmente en diversas formas y formas, los micro nadadores sintéticos hasta ahora se han limitado casi exclusivamente a formas esféricas. Aquí, aprovechamos la impresión 3D para producir micro nadadores con formas complejas en el régimen de tamaño coloidal ”, afirma el resumen.

Fig. 1 Imágenes SEM de varias formas de partículas impresas en 3D obtenidas por polimerización de dos fotones. (a) Una esfera puntiaguda, (b) una nave estelar, (c) una espiral, (d) una hélice, (e) un trímero y (f) un bote de banco en 3D.

El popular modelo 3DBenchy proporciona una importante capacidad de evaluación comparativa para calibrar, probar y comparar impresoras 3D, con el fin de determinar si son capaces de manejar detalles intrincados y complejos, como voladizos. El proyecto del equipo de Leiden se centró en la fabricación de micro nadadores sintéticos en una variedad de formas complejas. Estos pequeños objetos, que utilizan reacciones químicas para impulsarse a través del agua y otros fluidos, normalmente son solo esferas, pero los investigadores tenían curiosidad por saber si podían producir formas más complicadas, como se ve arriba.

Se eligió el modelo 3DBenchy porque los investigadores estaban probando un proceso de impresión 3D único, llamado polimerización de dos fotones (2PP), y querían ver si podían imprimir un bote a microescala con un alto nivel de detalle. 2PP usa un láser para tallar patrones y formas complejos en un material que reacciona a la luz.

“2PP se ha establecido como una herramienta muy poderosa para imprimir microestructuras en 3D con una gran flexibilidad en términos de forma y simetría y permite la formación de estructuras con resolución submicrométrica. Además, además de la compleja diversidad de formas, la impresión 3D también proporciona libertad en términos de ubicación del parche activo, ya que el usuario puede decidir cómo se orienta una partícula en relación con el sustrato en el que se imprime y, por lo tanto, la ubicación del parche activo durante la pulverización catódica. recubrimiento, permitiendo en última instancia un control adicional sobre el movimiento activo resultante ”, escribieron los investigadores en su artículo.

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«El potencial de 2PP para crear micro nadadores con una amplia gama de geometrías es inmenso, lo que permite la producción de partículas con casi cualquier forma deseada».

Como puede ver en la imagen del microscopio electrónico de barrido de arriba, los investigadores pudieron imprimir un 3DBenchy a microescala extremadamente detallado en su sistema Nanoscribe Photonic Professional. A pesar de que este modelo de barco de referencia tiene solo un tercio del grosor de un cabello humano, cuenta con una chimenea, cabina abierta y algunas pequeñas portillas. Una cara del 3DBenchy está recubierta de platino, que reacciona con el fluido circundante produciendo burbujas que hacen avanzar el barco. Sin embargo, esta no fue la forma más eficiente que creó el equipo.

Los investigadores también imprimieron en 3D micro nadadores en hélices, bolas puntiagudas, espirales y grupos de tres esferas, cada una de las cuales también presentaba un extremo recubierto de platino. Las formas de espiral y hélice funcionaron mejor, moviéndose en un movimiento de sacacorchos.

Fig.2 Un esquema del método utilizado para preparar micro nadadores coloidales impresos en 3D. (a) dibujo CAD del diseño de partículas, (b) configuración de polimerización de dos fotos en modo de inmersión donde el objetivo se sumerge en la fotorresistencia, (c) imagen SEM de la matriz de partículas impresas en 3D después del revelado, (d) recubrimiento por pulverización Pt / Pd, (e) desprendimiento de partículas del sustrato en agua por ultrasonidos, (f) movimiento activo en una solución de peróxido de hidrógeno.

“Establecemos la flexibilidad de la impresión 3D mediante la polimerización de dos fotones para producir partículas de menos de 10 micrones con un alto grado de complejidad de forma. Además, demostramos que la impresión 3D permite controlar la ubicación del sitio activo al orientar las partículas en diferentes direcciones durante la impresión. Verificamos que las partículas se comportan de manera coloidal imaginando su movimiento en los estados pasivo y activo e investigando su desplazamiento cuadrático medio ”, escribieron los investigadores. “Además, encontramos que las partículas exhiben un comportamiento dependiente de la forma, lo que demuestra el potencial de nuestro método para lanzar una amplia gama de estudios en profundidad sobre el comportamiento y el movimiento activo dependiente de la forma”.

(Fuentes: Nuevo Atlas, Universidad de Leiden)

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