impresión láser 3D con biotintas de microalgas
Investigadores de Heidelberg desarrollan con éxito una nueva generación de materiales biocompatibles para la fabricación aditiva
microalgas como la diatomea Odontella aurita y el alga verde Tetraselmis striata son especialmente adecuadas como "biofactorías" para la producción de materiales sostenibles para la impresión láser 3D debido a su alto contenido en lípidos y pigmentos fotoactivos. Un equipo internacional de investigación dirigido por la Prof. Dra. Eva Blasco, científica del Instituto de Ingeniería de Sistemas Moleculares y Materiales Avanzados (IMSEAM) de la Universidad de Heidelberg, ha logrado fabricar por primera vez tintas para imprimir microestructuras 3D biocompatibles complejas a partir de las materias primas extraídas de las microalgas. Los materiales basados en microalgas podrían utilizarse en el futuro como base de implantes o andamios para cultivos celulares en 3D.
Entre las técnicas de fabricación aditiva, la impresión láser 3D de dos fotones ofrece ventajas particulares para la fabricación a micro y nanoescala. Gracias a su notable resolución, tiene aplicación en numerosos campos, como la óptica y la fotónica, la microfluídica y la biomedicina. El proceso consiste en enfocar un rayo láser sobre una resina líquida fotorreactiva, la llamada "tinta". En el punto focal, la luz láser activa unas moléculas especiales conocidas como fotoiniciadores y desencadena una reacción química que provoca la solidificación local de la tinta.
Hasta la fecha, se han utilizado principalmente polímeros de base petroquímica como tintas para este proceso de impresión láser 3D de alta precisión. Sin embargo, estos polímeros contribuyen al agotamiento de los combustibles fósiles y a la emisión de gases de efecto invernadero y también pueden contener componentes tóxicos, como señala el profesor Blasco. Las microalgas son especialmente adecuadas como "biofactorías" para la producción de materiales sostenibles para impresión 3D debido a su rápida tasa de crecimiento, fijación de CO2 durante el cultivo y biocompatibilidad. "A pesar de sus ventajas, las microalgas apenas se han tenido en cuenta como materia prima para la impresión 3D basada en la luz", afirma el profesor Blasco, cuyo grupo investiga en la interfaz de la química macromolecular, la ciencia de los materiales y la nanofabricación 3D.
El equipo de investigación consiguió extraer por primera vez de microalgas materiales biocompatibles para la impresión láser 3D de alta resolución. Para sus experimentos, los investigadores seleccionaron dos especies -la diatomea Odontella aurita y el alga verde Tetraselmis striata- que contienen niveles particularmente altos de lípidos en forma de triglicéridos. El equipo extrajo los triglicéridos y los funcionalizó con acrilatos para facilitar un curado rápido bajo irradiación luminosa. Los pigmentos verdes fotoactivos presentes en las microalgas demostraron ser adecuados como fotoiniciadores. Cuando se exponen a la luz, desencadenan la reacción química que solidifica la tinta en una estructura tridimensional. "De esta forma evitamos el uso de aditivos potencialmente tóxicos como los fotoiniciadores utilizados en las tintas convencionales", explica la primera autora, Clara Vázquez-Martel, doctoranda del equipo de investigación de Eva Blasco en el IMSEAM.
Utilizando el nuevo sistema de tintas, los investigadores fueron capaces de producir diferentes microestructuras 3D con gran precisión, mostrando características complejas como techos salientes y cavidades. Mediante experimentos con cultivos celulares, los investigadores también estudiaron la biocompatibilidad de las tintas a base de microalgas. Prepararon micromatrices tridimensionales en las que cultivaron células durante 24 horas. Observaron una tasa de supervivencia de casi el 100%. "Nuestros resultados abren nuevas posibilidades no sólo para una impresión 3D más sostenible con luz, sino también para aplicaciones en ciencias de la vida, desde cultivos celulares 3D hasta implantes biocompatibles", afirma el profesor Blasco.
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