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(noticias nanowerk) El procesamiento con láser ultravioleta es una técnica prometedora para desarrollar microestructuras intrincadas que permiten una alineación compleja de las células musculares necesarias para construir actuadores biohíbridos realistas, según han demostrado investigadores de Tokyo Tech. En comparación con los métodos complejos tradicionales, esta técnica innovadora permite la fabricación fácil y rápida de microestructuras con patrones intrincados para lograr diferentes disposiciones de células musculares, allanando el camino para actuadores biohíbridos que pueden realizar movimientos complejos y flexibles.
Los robots biomiméticos que imitan los movimientos y funciones biológicas de los organismos vivos son un área de investigación fascinante que no sólo puede conducir a robots más eficientes, sino que también puede servir como plataforma para comprender la biología muscular.
Estos incluyen actuadores biohíbridos, que están hechos de materiales blandos y células musculares que pueden replicar las fuerzas de los músculos reales y tienen el potencial de lograr movimientos y funciones realistas, incluida la autocuración, alta eficiencia y alta relación fuerza-peso. lo que significa que los robots voluminosos tradicionales que requieren fuentes de energía pesadas fueron difíciles.
Una forma de lograr estos movimientos realistas es organizar de forma anisotrópica las células musculares en actuadores biohíbridos. Esto implica alinearlos en un patrón específico en el que miran en diferentes direcciones, como es el caso de los organismos vivos.
Si bien estudios anteriores informaron sobre actuadores biohíbridos con movimiento significativo usando esta técnica, se centraron principalmente en la alineación anisotrópica de las células musculares en línea recta, lo que resultó en movimientos simples, a diferencia de los movimientos complejos de los tejidos musculares nativos, como girar, doblarse, y se encoge. El tejido muscular real tiene una disposición compleja de células musculares, que incluye patrones curvos y en espiral.
Para crear matrices tan complejas, se deben formar microsurcos curvos (MG) en un sustrato, que luego sirven como guía para alinear las células musculares en los patrones requeridos. La fabricación de MG complejas se ha logrado mediante métodos como la fotolitografía, la microscopía de ondas y la impresión por microcontacto. Sin embargo, estos métodos implican varios pasos complicados y no son adecuados para una fabricación rápida.
Para abordar este problema, un equipo de investigadores del Instituto Tecnológico de Tokio (Tokyo Tech) en Japón, dirigido por el profesor asociado Toshinori Fujie de la Escuela de Ciencias y Tecnología de la Vida, ha desarrollado una técnica de procesamiento con láser ultravioleta (UV) para fabricar complejos microestructuras.
«Basándonos en nuestros prototipos anteriores, planteamos la hipótesis de que los actuadores biohíbridos que utilizan una fina película de SBS (caucho duro) con MG anisotrópicos arbitrarios fabricados mediante procesamiento con láser UV pueden controlar la orientación de las células en una dirección arbitrariamente anisotrópica, para reproducir movimientos flexibles más realistas», explica el Dr. . Fujie.
Su estudio fue publicado en la revista. Biofabricación (“Microestructura procesada con láser UV para construir actuadores biohíbridos con movimiento anisotrópico”).
La novedosa técnica implica la formación de MG curvas sobre una poliimida mediante procesamiento con láser UV, que luego se transfieren a una fina película de SBS. A continuación, las células del músculo esquelético llamadas miotubos, que se encuentran en los organismos vivos, se alinean utilizando los MG para lograr un patrón muscular anisotrópicamente curvado.
Utilizando este método, los investigadores desarrollaron dos actuadores biohíbridos diferentes: uno unido al sustrato de vidrio y otro no unido. Cuando se estimulaban eléctricamente, ambos actuadores se deformaban mediante un movimiento similar a una rotación. Curiosamente, cuando se suelta, el actuador biohíbrido se transforma en una estructura 3D independiente como un esfínter natural debido a la orientación curva de los miotubos.
“Estos resultados muestran que el láser UV es un método más rápido y sencillo para producir patrones de MG sintonizables en comparación con los métodos tradicionales. «Este método abre posibilidades fascinantes para lograr actuadores biohíbridos más realistas mediante la alineación guiada de miotubos», señala el Dr. Fujie destacó el potencial de esta tecnología innovadora.
En general, este estudio demuestra el potencial del procesamiento con láser UV para producir diversos patrones de tejido muscular anisotrópico y allana el camino para actuadores biohíbridos más realistas capaces de realizar movimientos complejos y flexibles.
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