Os cientistas do Laboratório de Micro, Nano e Sistemas Moleculares do Instituto Max Planck de Investigação Médica e do Instituto de Engenharia de Sistemas Moleculares e Materiais Avançados da Universidade de Heidelberg criaram uma nova tecnologia para montar matéria em 3D.
O seu conceito utiliza múltiplos hologramas acústicos para gerar campos de pressão com os quais partículas sólidas, contas de gel e mesmo células biológicas podem ser impressas. Estes resultados abrem o caminho para novas técnicas de cultura de células 3D com aplicações em engenharia biomédica. Os resultados do estudo foram publicados na revista Science Advances no dia 08 de Fevereiro.
A fabricação de aditivos ou impressão 3D permite o fabrico de peças complexas a partir de materiais funcionais ou biológicos. A impressão convencional em 3D pode ser um processo lento, em que os objectos são construídos uma linha ou uma camada de cada vez. Investigadores em Heidelberg e Tübingen demonstram agora como formar um objecto 3D a partir de blocos de construção mais pequenos em apenas uma única etapa.
“Fomos capazes de montar micropartículas num objecto tridimensional dentro de um único disparo utilizando ultra-sons de forma”, diz Kai Melde, postdoc do grupo e primeiro autor do estudo. “Isto pode ser muito útil para a bioimpressão”. As células aí utilizadas 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 facto que é conhecido de qualquer frequentador de concertos que experimenta as ondas de pressão de um altifalante. Usando ultra-som de alta frequência, que é inaudível ao 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.
Nos seus estudos anteriores, Peer Fischer e colegas mostraram como formar ultra-sons utilizando hologramas acústicos – placas impressas em 3D, que são feitas para codificar um campo sonoro específico. Esses campos sonoros, demonstraram, podem ser utilizados para montar materiais em padrões bidimensionais. Com base nisto, os cientistas conceberam um conceito de fabricação.
Com o seu novo estudo, a equipa foi capaz de levar o seu conceito um passo em frente. Captam partículas e células que flutuam livremente na água e montam-nas em formas tridimensionais. Além disso, o novo método funciona com uma variedade de materiais, incluindo contas de vidro ou de hidrogel e células biológicas.
O primeiro autor Kai Melde diz que “a ideia crucial era utilizar vários hologramas acústicos juntos e formar um campo combinado que pudesse capturar as partículas”.
Heiner Kremer, que escreveu o algoritmo para optimizar os campos de holograma, acrescenta: “A digitalização de todo um objecto 3D em campos holográficos de ultra-sons é computacionalmente muito exigente e exigiu-nos uma nova rotina de computação”.
Os cientistas acreditam que a sua tecnologia é uma plataforma promissora para a formação de culturas celulares e tecidos em 3D. A vantagem do ultra-som é que é suave para a utilização de células biológicas e que pode viajar profundamente para o tecido. Desta forma, pode ser utilizada para manipular e empurrar células remotamente sem danos.
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