Estructuras biológicas en la ingeniería
Los métodos modernos de impresión 3D requieren herramientas capaces de fabricar piezas con precisión microscópica. Esto es especialmente relevante en medicina, donde se cultivan tejidos a partir de células, y en microelectrónica. Sin embargo, la producción de cabezales de impresión ultrafinos implica altos costos y dificultades técnicas. Las boquillas metálicas y plásticas con diámetros mínimos son costosas y, cuando se obstruyen, deben ser desechadas.
En la naturaleza existen organismos con adaptaciones únicas para manipular líquidos. Entre ellos se encuentran los aguijones de escorpiones, los colmillos de serpientes y los aparatos bucales de insectos. La biomimética permite aprovechar estas soluciones naturales en aplicaciones tecnológicas. Este enfoque ayuda a reducir el costo de los materiales consumibles y disminuir la cantidad de residuos no biodegradables en el medio ambiente.
La elección de la herramienta natural perfecta
Un grupo de bioingenieros analizó la anatomía de diferentes animales y se decantó por la hembra del mosquito Aedes aegypti. Los investigadores extrajeron cuidadosamente las probóscides de insectos criados en laboratorio. Cada probóscide se fijó a una boquilla plástica estándar de jeringa utilizando adhesivo. El dispositivo resultante se instaló en una plataforma especialmente diseñada, llamada necroimpresora.
El aparato bucal del mosquito es una estructura resistente y flexible, capaz de transportar líquidos. El diámetro interno del canal es de solo 20 micrómetros, casi la mitad del de los análogos industriales más finos y significativamente más delgado que un cabello humano. Esta aguja natural resultó lo suficientemente rígida como para no deformarse durante la impresión y mantener su forma incluso al contacto con superficies.
Experimentos con una boquilla biológica
Los ingenieros llenaron una jeringa con biotinta y comenzaron a probar el nuevo sistema. El objetivo principal era determinar el límite de resistencia de la boquilla biológica. Los experimentos demostraron que el aparato bucal soporta una presión interna de hasta 60 kilopascales. Durante las pruebas, se logró encontrar la relación óptima entre la velocidad de movimiento del cabezal de impresión y el suministro del material, evitando rupturas en las líneas y sobrecarga en las paredes del canal.
Utilizando esta tecnología, los científicos crearon varios objetos microscópicos para demostrar las capacidades del método. Entre ellos se encuentra una estructura enrejada que recuerda a un panal de abejas y el contorno de una hoja de arce con gran nivel de detalle. Las líneas de las piezas finales tenían un ancho de entre 18 y 28 micrómetros.
Potencial para la medicina y la microingeniería
Las pruebas demostraron que a través de la trompa se pueden hacer pasar no solo soluciones poliméricas, sino también suspensiones con células vivas, incluidas células cancerosas y eritrocitos, sin dañarlas. Esto abre nuevas perspectivas para la creación de armazones celulares y la realización de análisis clínicos con costes mínimos.
El uso de agujas biológicas permite abaratar significativamente la producción de microboquillas. La cría de mosquitos de laboratorio cuesta solo unos centavos, y las propias boquillas son completamente biodegradables. En el futuro, estas soluciones podrían aplicarse en diversos ámbitos, desde la medicina hasta la microingeniería.
El trabajo de los científicos muestra cómo las estructuras naturales pueden inspirar la creación de nuevas soluciones tecnológicas. La biomimética es cada vez más demandada en la ingeniería, ayudando a desarrollar herramientas eficientes y ecológicas para los desafíos más complejos.
