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(noticias nanowerk) Las partículas microscópicas impresas en 3D, tan pequeñas que a simple vista parecen polvo, tienen aplicaciones en la administración de medicamentos y vacunas, la microelectrónica, los microfluidos y los abrasivos para una fabricación compleja. Sin embargo, la necesidad de una coordinación precisa entre la salida de luz, el movimiento del escenario y las propiedades de la resina hace que la fabricación escalable de tales partículas a microescala adaptadas sea un desafío. Ahora, investigadores de la Universidad de Stanford han introducido una técnica de procesamiento más eficiente que puede imprimir hasta 1 millón de partículas a microescala altamente detalladas y personalizables por día.
«Ahora podemos crear formas mucho más complejas hasta la escala microscópica, a velocidades no mostradas anteriormente para la producción de partículas, y a partir de una amplia gama de materiales», dijo Jason Kronenfeld, estudiante graduado en el laboratorio DeSimone en Stanford y autor principal de el artículo, que describe este proceso en detalle, publicado en Naturaleza (“Impresión 3D rollo a rollo de alta resolución de partículas de formas específicas”).
![Geometría de buckyball impresa en 3D](https://www.nanowerk.com/news2/gadget/id64854_1.jpg)
Este trabajo se basa en una técnica de impresión conocida como Producción Continua de Interfaz Líquida (CLIP), introducida por DeSimone y sus compañeros de trabajo en 2015 (Ciencia, “Producción continua de interfaces líquidas de objetos 3D”). CLIP utiliza luz ultravioleta proyectada en discos para curar rápidamente la resina y darle la forma deseada. La tecnología se basa en una ventana permeable al oxígeno situada encima del proyector de luz ultravioleta. Esto crea una «zona muerta» que evita que la resina líquida se cure y se adhiera a la ventana. Esto permite curar características sensibles sin tener que arrancar cada capa de una ventana, lo que da como resultado una impresión de partículas más rápida.
«El uso de la luz para crear objetos sin forma abre un horizonte completamente nuevo en el mundo de las partículas», dijo Joseph DeSimone, profesor de Medicina Traslacional Sanjiv Sam Gambhir en Stanford Medicine y autor correspondiente del artículo. “Y creemos que la implementación escalable de estas partículas abre oportunidades para hacer avanzar las industrias del futuro. Estamos entusiasmados de ver adónde puede llevar esto y dónde otros pueden utilizar estas ideas para avanzar en sus propios objetivos”.
Rollo a rollo
El proceso inventado por estos investigadores para producir en masa partículas con formas únicas, más pequeñas que el ancho de un cabello humano, recuerda a una línea de montaje. Comienza con una película que se estira cuidadosamente y luego se envía a la impresora CLIP. La impresora imprime cientos de formas en la película a la vez, y luego la línea de ensamblaje continúa para lavar, curar y quitar las formas, pasos que se pueden personalizar según la forma y el material. Al final, la película vacía se enrolla nuevamente, dando a todo el proceso el nombre de CLIP rollo a rollo o r2rCLIP. Antes de r2rCLIP, un lote de partículas impresas tenía que procesarse manualmente, un proceso lento y que requería mucha mano de obra. La automatización de r2rCLIP ahora permite tasas de fabricación sin precedentes de hasta 1 millón de partículas por día.
Si esto suena como una forma familiar de fabricación, es intencional.
«No se compran cosas que no se pueden fabricar», dijo DeSimone, quien también es profesor de ingeniería química en la Escuela de Ingeniería. “Las herramientas que utilizan la mayoría de los investigadores son herramientas para crear prototipos y bancos de pruebas y probar puntos clave. Mi laboratorio se centra en la ciencia de la fabricación traslacional: desarrollamos herramientas que permiten el escalamiento. Este es uno de los grandes ejemplos de lo que este enfoque significa para nosotros”.
Existen compensaciones entre resolución y velocidad en la impresión 3D (Ciencia, “Producción continua de interfaz líquida con resolución micrométrica de un solo dígito”). Por ejemplo, otros procesos de impresión 3D pueden imprimir en tamaños mucho más pequeños (en el rango de los nanómetros), pero son más lentos. Y, por supuesto, la impresión 3D macroscópica ya ha despegado (literalmente) hacia la producción en masa, en forma de zapatos, artículos para el hogar, piezas de máquinas, cascos de fútbol, dentaduras postizas, audífonos y mucho más. Este trabajo trata sobre las posibilidades entre estos mundos.
«Navegamos por un equilibrio preciso entre velocidad y resolución», dijo Kronenfeld. “Nuestro enfoque es claramente capaz de producir resultados de alta resolución manteniendo al mismo tiempo el ritmo de fabricación necesario para alcanzar los niveles de producción de partículas que los expertos consideran esenciales para diversas aplicaciones. Las técnicas con potencial de impacto traslacional deben ser aplicables desde la escala del laboratorio de investigación hasta la de la producción industrial”.
Duro y blando
Los investigadores esperan que el proceso r2rCLIP encuentre una amplia aceptación entre otros investigadores y en la industria. Además, DeSimone cree que la impresión 3D como campo está evolucionando rápidamente, desde preguntas sobre el proceso hasta ambiciones sobre las posibilidades.
«r2rCLIP es una tecnología fundamental», dijo DeSimone. “Pero creo que ahora estamos entrando en un mundo que se centra más en los productos 3D en sí que en el proceso. Estos procesos claramente se vuelven valiosos y útiles. Y ahora la pregunta es: ¿Cuáles son las aplicaciones de alto valor?”
Por su parte, los investigadores ya han experimentado con la producción de partículas tanto duras como blandas a partir de cerámicas e hidrogeles. El primero podría utilizarse en la producción de microelectrónica, el segundo en la administración de fármacos al organismo.
«Existe una amplia gama de aplicaciones y apenas estamos comenzando a explorarlas», dijo Maria Dulay, investigadora científica senior en el laboratorio DeSimone y coautora del artículo. «Es extraordinario dónde nos encontramos con esta tecnología».
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