Suaves y elásticos

Desarrollan polímeros impresos mediante tecnología 3D similares al tejido humano

La capacidad de imprimir en 3D elastómeros posibilita el aprovechamiento de sus propiedades mecánicas únicas en aplicaciones para las que se requiere un control cuidadoso de las dimensiones.

Científico analizando una muestra en el microscopio (Foto. Freepik)
Científico analizando una muestra en el microscopio (Foto. Freepik)

time 4 min

08.05.2021 - 00:20

Un grupo de investigadores perteneciente a los laboratorios de Christopher Bates, profesor asistente de materiales en UC Santa Bárbara; y Michael Chabinc, profesor de materiales y director de dicho departamento, han unificado su experiencia para desarrollar la primera versión imprimible en 3D de elastómero: tipos de compuestos que incluyen no metales en su composición y que muestran un comportamiento elástico. El nuevo material da como resultado objetos impresos que presentan una suavidad y elasticidad inusuales con unas propiedades mecánicas que se asemejan mucho a los tejidos humanos.

Los elastómeros convencionales, es decir, los cauchos, son más rígidos que muchos tejidos biológicos. Eso se debe al tamaño y la forma de los polímeros que los componen, que son moléculas largas y lineales que se entrelazan fácilmente como espaguetis cocidos. Por el contrario, los polímeros de cepillo de botella tienen polímeros adicionales adheridos a la columna vertebral lineal, lo que lleva a una estructura más parecida a un cepillo de botella que puede encontrar en su cocina. La estructura del polímero del cepillo de botella imparte la capacidad de formar elastómeros extremadamente suaves.

La capacidad de imprimir en 3D elastómeros posibilita el aprovechamiento de sus propiedades mecánicas únicas en aplicaciones para las que se requiere un control cuidadoso de las dimensiones como, por ejemplo, tejidos biométricos, sensores o dispositivos electrónicos de alta sensibilidad.

Dos investigadores postdoctorales, Renxuan Xie y Sanjoy Mukherjee, desempeñaron un papel clave en el desarrollo del nuevo material. Sus hallazgos fueron publicados en la revista Science Advances. El descubrimiento clave de Xie y Mukherjee implica el autoensamblaje de polímeros a una escala de longitud nanométrica lo que provoca una transición de sólido a líquido en respuesta a la presión aplicada.

Este material se clasifica como un líquido de límite elástico, lo que significa que comienza como un sólido semiblando que mantiene su forma, pero cuando se aplica suficiente presión, se licua y se puede exprimir con una jeringa. El equipo emplea esta propiedad para crear tintas en un proceso de impresión 3D llamado “escritura con tinta directa” (DIW, por sus siglas en inglés).

Este material se clasifica como un líquido de límite elástico, lo que significa que comienza como un sólido semiblando que mantiene su forma, pero cuando se aplica suficiente presión, se licua y se puede exprimir con una jeringa

Los investigadores pueden ajustar el material para que fluya bajo varias cantidades de presión para que coincida con las condiciones de procesamiento deseadas. "Por ejemplo, tal vez desee que el polímero mantenga su forma bajo un nivel diferente de estrés, como cuando hay vibración", dice Xie. "Nuestro material puede mantener su forma durante horas. Eso es importante, porque si el material se dobla durante la impresión, la parte impresa tendrá una estabilidad estructural deficiente".

Una vez que se imprime el objeto, se ilumina con luz ultravioleta para activar los reticulantes que Mukherjee sintetizó e incluyó como parte de la formulación de la tinta. Los reticulantes pueden unir polímeros cercanos, lo que da como resultado un elastómero súper suave. En ese momento, el material se convierte en un sólido permanente (ya no se licuará bajo presión) y exhibirá propiedades extraordinarias.

"Comenzamos con polímeros largos que no están reticulados", dijo Xie. "Eso les permite fluir como un fluido. Pero, después de que les iluminas con la luz, las pequeñas moléculas entre las cadenas de polímero reaccionan y se unen en una red, por lo que tienes un sólido, un elastómero que, cuando se estira, volver a su forma original”.

La suavidad de un material se mide en términos de su módulo, y para la mayoría de los elastómeros, es bastante alta, lo que significa que su rigidez y elasticidad son similares a las de una banda de goma. "El módulo de nuestro material es mil veces más pequeño que el de una goma elástica", señala Xie. "Es súper suave, se siente muy parecido al tejido humano, y muy elástico. Puede estirarse entre tres y cuatro veces su longitud".

"Estos elastómeros supersuaves podrían aplicarse como implantes", añadió. "Es posible que pueda reducir la inflamación y el rechazo del cuerpo si las propiedades mecánicas de un implante coinciden con el tejido nativo". Otro elemento importante del nuevo material es que es polímero puro, señaló Chabinyc. "No contienen agua u otro solvente para hacerlos más suaves artificialmente", dijo.

Para comprender la importancia de no tener agua en el polímero, es útil pensar en gelatina, que es principalmente agua y puede mantener su forma, pero solo mientras el agua permanezca adentro. "Si el agua se fuera, entonces tendrías una pila de material informe", dijo Chabinyc. "Con un polímero convencional, debes averiguar cómo mantener la cantidad correcta de agua para mantener su estructura, pero este nuevo material es completamente sólido, por lo que nunca cambiará".

Además, el nuevo material se puede imprimir en 3D y procesar sin disolvente, lo que también es inusual. "La gente a menudo agrega solvente para licuar un sólido para que pueda exprimirse por una boquilla", dijo Xie, "pero si agrega solvente, tiene que evaporarse después de la impresión, lo que hace que el objeto cambie de forma o se agriete".

Mukherjee agregó: "Queríamos que el material y el proceso de impresión fueran lo más limpios y fáciles posible, así que jugamos un truco químico con la solubilidad y el autoensamblaje, lo que permitió el proceso sin solventes. El hecho de que no lo hacemos el uso de solventes es una gran ventaja ".

Porque salud necesitamos todos... ConSalud.es

Escribir un comentario (0)
Esta web utiliza 'cookies' propias y de terceros para ofrecerte una mejor experiencia y servicio. Más información Acepto