Cientistas montam matéria em 3D usando ondas sonoras para impressão 3D.
Por Max-Planck-Gesellschaft com informações de Science Daily.
Cientistas do Instituto Max Planck de Pesquisa Médica e da Universidade de Heidelberg criaram uma nova tecnologia para montar matéria em 3D. Seu conceito usa vários hologramas acústicos para gerar campos de pressão com os quais partículas sólidas, esferas de gel e até células biológicas podem ser impressas. Esses resultados abrem caminho para novas técnicas de cultura de células 3D com aplicações em engenharia biomédica.
A manufatura aditiva ou impressão 3D permite a fabricação de peças complexas a partir de materiais funcionais ou biológicos. A impressão 3D convencional pode ser um processo lento, em que os objetos são construídos uma linha ou uma camada de cada vez. Pesquisadores em Heidelberg e Tübingen agora demonstram como formar um objeto 3D a partir de blocos de construção menores em apenas uma etapa. “Fomos capazes de montar micropartículas em um objeto tridimensional em uma única tomada usando ultrassom moldado”, diz Kai Melde, pós-doutorado no grupo e primeiro autor do estudo. “Isso pode ser muito útil para a bioimpressão. As células usadas são particularmente sensíveis ao ambiente durante o processo”, acrescenta Peer Fischer, professor da Universidade de Heidelberg.
As ondas sonoras exercem forças sobre a matéria – um fato conhecido por qualquer freqüentador de show que experimenta as ondas de pressão de um alto-falante. Usando ultrassom de alta frequência, que é inaudível para o ouvido humano, os comprimentos de onda podem ser empurrados abaixo de um milímetro para o reino microscópico, que é usado pelo pesquisador para manipular blocos de construção muito pequenos, como células biológicas.
Em seus estudos anteriores, Peer Fischer e seus colegas mostraram como formar ultrassom usando hologramas acústicos – placas impressas em 3D, feitas para codificar um campo sonoro específico. Esses campos sonoros, eles demonstraram, podem ser usados para montar materiais em padrões bidimensionais. Com base nisso, os cientistas criaram um conceito de fabricação.
Campo acústico captura partículas
Com seu novo estudo, a equipe foi capaz de levar seu conceito um passo adiante. Eles capturam partículas e células flutuando livremente na água e as montam em formas tridimensionais. Além disso, o novo método funciona com uma variedade de materiais, incluindo contas de vidro ou hidrogel e células biológicas. O primeiro autor Kai Melde diz que “a ideia crucial era usar vários hologramas acústicos juntos e formar um campo combinado que pode capturar as partículas”. Heiner Kremer, que escreveu o algoritmo para otimizar os campos de holograma, acrescenta: “A digitalização de um objeto 3D inteiro em campos de holograma de ultrassom é computacionalmente muito exigente e exigiu que criássemos uma nova rotina de computação”.
Os cientistas acreditam que sua tecnologia é uma plataforma promissora para a formação de culturas de células e tecidos em 3D. A vantagem do ultrassom é que ele é suave para o uso de células biológicas e pode penetrar profundamente nos tecidos. Dessa forma, ele pode ser usado para manipular remotamente e empurrar células sem causar danos.
Fonte da história:
Materiais fornecidos pela Max-Planck-Gesellschaft.
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Referência do periódico :
Kai Melde, Heiner Kremer, Minghui Shi, Senne Seneca, Christoph Frey, Ilia Platzman, Christian Degel, Daniel Schmitt, Bernhard Schölkopf, Peer Fischer. Compact holographic sound fields enable rapid one-step assembly of matter in 3D. Science Advances, 2023; 9 (6) DOI: 10.1126/sciadv.adf6182
