El material imprimible en 3D puede curar el cuerpo, fabricar mejores robots y recuperar minerales esenciales
Una red formada por miles de millones de diminutas gotas de agua puede dar lugar a materiales de gran tamaño, similares a los tejidos, en cuestión de minutos, lo que abre nuevas oportunidades en diversos campos.
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Un nuevo tipo de material imprimible en 3D desarrollado por investigadores de la Universidad de Texas en Austin imita la capacidad del tejido humano para clasificar y filtrar, permitiendo el paso de determinadas moléculas y reteniendo otras. Esta amplia funcionalidad significa que el material puede utilizarse en una gran variedad de aplicaciones en los ámbitos de la medicina, el agua y la robótica.
Según los investigadores, los métodos actuales para crear pequeños materiales similares al tejido no permiten alcanzar los tamaños necesarios para que las aplicaciones sean viables. El equipo superó estos problemas de velocidad y escalabilidad aglomerando miles de millones de diminutas gotas de agua mediante sencillas técnicas de mezcla y centrifugación, con lo que consiguió formar materiales de gran tamaño similares al tejido en tan solo unos minutos. Cada gotita está separada por una fina membrana, lo que permite que las membranas se unan entre sí, de forma similar a la organización celular en el tejido humano.
«Los tejidos pueden separar y transportar iones y moléculas; así es como funcionan nuestros riñones o intestinos, tomando solo lo que necesitan y dejando atrás el resto», explicó Manish Kumar, catedrático del Departamento Fariborz Maseeh de Ingeniería Civil, Arquitectónica y Medioambiental y del Departamento McKetta de Ingeniería Química de la Escuela de Ingeniería Cockrell.
Este material flexible puede personalizarse para que actúe como diferentes tipos de tejido. Dado que la estructura imita fielmente al tejido real y puede imprimirse en 3D a partir de materiales biocompatibles, puede servir como andamio para el crecimiento de nuevos tejidos u órganos. Su flexibilidad y capacidad de respuesta lo convierten en una base ideal para los robots blandos —máquinas que se mueven y se adaptan como los seres vivos— que podrían utilizarse en cirugía, en operaciones de búsqueda y rescate o en entornos peligrosos a los que las máquinas tradicionales no pueden acceder.
Al añadir ciertas proteínas, los investigadores dotaron al material de la capacidad de conducir corrientes iónicas, de forma muy similar al tejido nervioso. Esto resulta prometedor para la construcción de sistemas informáticos inspirados en el cerebro humano.
En otro caso, los investigadores añadieron una proteína que permitió al tejido distinguir el amonio de otros iones presentes en las aguas residuales. Esto incluye el agua generada por la extracción de petróleo y gas, así como las aguas residuales municipales, un ámbito en el que Kumar se ha centrado en los últimos años. La capacidad de filtrar iones no deseados mediante membranas es un enfoque prometedor para reciclar y reutilizar iones minerales y nutrientes esenciales procedentes de las aguas residuales.
Esta nueva investigación forma parte de un esfuerzo que abarca más de una década. Pero fue una de sus alumnas, Aida Fica, quien lo hizo todo realidad.
Tras años enfrentándose a los mismos retos de formación lenta e inestabilidad, Fica escuchó algo en un congreso que le dio una nueva idea. Ella y el equipo lograron desarrollar la tecnología mediante la emulsificación, combinando dos aceites con diferentes solubilidades para formar gotitas y, a continuación, aglutinándolas con una centrífuga.
«Esta tecnología ofrece ahora un proceso sencillo y escalable con infinitas aplicaciones que podría implementarse en cualquier laboratorio, ya que solo requiere un equipo básico», afirmó Fica. «Animamos a los investigadores interesados a que lo prueben, y apoyaremos de todo corazón a cualquiera que desee trabajar en este campo mediante visitas y debates», añadió Kumar.
Los investigadores trabajan ahora en adaptar la tecnología para extraer litio y otros elementos de tierras raras a través de un proyecto con la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada-Energía (ARPA-E) del Departamento de Energía de EE. UU. Fica y Kumar han patentado la tecnología, así como varias aplicaciones derivadas, a través de la oficina «Discovery to Impact» de la UT.
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