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En un artículo de la reconocida revista «Nature Nanotechnology», investigadores de Chemnitz, Dresde y Shenzhen (China) describen cómo pequeños resortes magnéticos pueden hacer avanzar significativamente las aplicaciones médicas.
La integración de memoria mecánica en forma de resortes ha demostrado ser una tecnología clave para dispositivos mecánicos (como relojes) durante cientos de años, permitiendo una funcionalidad avanzada a través de movimientos autónomos complejos. Hoy en día, la integración de resortes con microtecnología basada en silicio ha abierto el mundo de los dispositivos mecatrónicos planos y producibles en masa que nos benefician a todos, por ejemplo a través de sensores de airbag.
Sin embargo, una nueva generación de aplicaciones biomédicas mínimamente e incluso no invasivas requerirá dispositivos móviles que puedan interactuar mecánicamente y de forma segura con las células, a escalas mucho más pequeñas (10 micrones) y con fuerzas mucho más suaves (escala pico-Newton, es decir, levantar pesos de menos). de una millonésima parte de un mg) y en formas tridimensionales personalizadas. Investigadores de la Universidad Tecnológica de Chemnitz, el Instituto de Tecnología Avanzada de Shenzhen de la Academia de Ciencias de China y el Instituto Leibniz-IFW de Dresde han demostrado en una reciente publicación en Nature Nanotechnology que se pueden integrar resortes controlables en cualquier lugar seleccionado dentro de un suave espacio tridimensional. Estructuras que utilizan la fabricación fotolitográfica confocal (con precisión a nanoescala) de un novedoso material magnéticamente activo en forma de fotoprotector impregnado con densidades ajustables de nanopartículas magnéticas.
Estos “picoresortes” tienen una flexibilidad notablemente grande y ajustable y pueden controlarse de forma remota mediante campos magnéticos (incluso en las profundidades del cuerpo humano), lo que permite movimientos articulares en microrobots y micromanipulaciones que van mucho más allá del estado de la técnica.
Además, la expansión de los picofenos también se puede utilizar visualmente para medir fuerzas, por ejemplo fuerzas de propulsión o de agarre, en interacción con otros objetos, como por ejemplo células. Por ejemplo, estos picofenos se han utilizado para medir la fuerza de propulsión motora de los espermatozoides. El artículo demuestra estas capacidades al demostrar varios microrobots (incluido un micropingüino) que contienen picopadres en múltiples ubicaciones y pueden realizar estas tareas a nivel celular: impulsarse, agarrar y liberar células y medir las pequeñas fuerzas necesarias para hacerlo de forma segura. Las figuras 1 y 2 muestran dos de estas novedosas estructuras accionadas por resorte (una micropinza y un micropingüino) extraídas del artículo. [https://doi.org/10.1038/s41565-023-01567-0].
Dr. Haifeng Yu, autor principal del estudio y líder de grupo en la Academia China de Ciencias en Shenzhen (China), dice: «La elasticidad programable a escala micrométrica proporciona una estrategia viable para producir dispositivos 3D y ‘microcirujanos’ finamente estructurados que puedan realizar tareas médicas complejas».
Dr. Mariana Medina-Sánchez, líder de grupo en Leibniz-IFW y BCUBE-TU Dresden, coautora y cosupervisora de este trabajo, agrega: «Estas micromáquinas basadas en picoresortes con elasticidad y magnetismo programables, fabricadas mediante fabricación monolítica, abren numerosas posibilidades para la detección y actuación de fuerzas locales en entornos con un número de Reynolds bajo». Esta versatilidad subraya su importancia para una variedad de aplicaciones biomédicas».
El profesor Oliver Schmidt, último autor del trabajo y supervisor de este, ve esto como otro paso importante en el camino hacia una microrrobótica modular viable, suave e inteligente. «Los microdispositivos controlados remotamente que utilizan campos magnéticos representan una tecnología particularmente prometedora para aplicaciones médicas no invasivas, y esto ahora se extiende a los mecanismos mecánicos dentro de estos microdispositivos controlados remotamente». dice Schmidt.
«La capacidad de integrar plumas de diseño también añadirá una nueva herramienta a las crecientes capacidades de la Universidad Tecnológica de Chemnitz en morfogénesis microelectrónica y vida artificial», añade el profesor John McCaskill, coautor del estudio, miembro del centro de investigación MAIN y fundador, director del Centro Europeo de Tecnología Viva. El tema “Morfogénesis microelectrónica.“se cubrió en un comunicado de prensa reciente.
Este proyecto fue financiado por el Consejo Europeo de Investigación (ERC) en el marco del programa de investigación e innovación Horizonte 2020 de la Unión Europea (acuerdos de subvención nº 835268 y nº 853609).
Fuente: https://www.tu-chemnitz.de/index.html.de
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