Diseñan un dispositivo impreso en 3-D para mover, manipular o destruir partículas, gotas o tejido biológico

Este dispositivo proporciona un control sin precedentes de las ondas fotoacústicas, que son generados por láser, y que puede ser útil para realizar cirugía precisa que permite mover, manipular o destruir objetos pequeños como partículas, gotas o tejido biológico a escalas comparables con las células

E.P. | 02 - Noviembre - 2016 15:00 h.

Los obstetras utilizan el ultrasonido para observar el útero de una mujer y observar al feto en crecimiento; los cirujanos emplean potentes haces de ultrasonidos para destruir las células cancerosas y los investigadores lanzan ultrasonido en materiales para probar sus propiedades, pero estas ondas acústicas de alta frecuencia pueden hacer aún más.

Investigadores cuentan con un nuevo tipo de dispositivo impreso en 3-D que puede aprovechar el ultrasonido de alta presión para mover, manipular o destruir objetos pequeños como partículas, gotas o tejido biológico a escalas comparables con las células. Al proporcionar un control sin precedentes de las ondas fotoacústicas --que son generados por láser-- un dispositivo de este tipo puede ser útil para realizar cirugía precisa, analizar las propiedades de los materiales y para la investigación científica en el laboratorio, como por ejemplo en el campo de la microfluídica.

"La ventaja de la acústica es que es no invasiva", destaca Claus-Dieter Ohl, de la Universidad Tecnológica de Nanyang, en Singapur, y cuyo equipo describe su nuevo dispositivo en 'Applied Physics Letters'. "Tenemos un control mucho mejor de la onda fotoacústica y ésta puede, incluso, diseñarse de tal manera que sirve como un activador mecánico", añade.

Este control es crucial porque los dispositivos anteriores sólo podían producir tipos básicos de ondas acústicas: ondas planas, que se centran en un solo punto como una lupa de aumento se centra en ondas de luz. Estos dispositivos, llamados transductores de ultrasonido enfocado generados por láser, funcionan mediante la conversión de pulsos de láser en vibraciones.

La parte clave del transductor es una superficie de vidrio que actúa como una lente. Los pulsos de láser inciden en la superficie del vidrio, que está recubierta de una fina capa de nanotubos de carbono. El calor hace que este recubrimiento se expanda rápidamente, lo que genera las vibraciones necesarias para producir alta frecuencia y ondas acústicas de alta presión.

Pero debido a que el material de sustrato es de vidrio, está limitado a ser plano, cilíndrico o con formas esféricas; y formas más complicadas son difíciles y caras de hacer fuera del cristal. El nuevo tipo de transductor también produce ondas acústicas con pulsos de láser de alta frecuencia, pero en lugar de vidrio, los investigadores utilizaron las impresoras 3-D para hacer una lente de resina líquida clara.

Mejorar los análisis de materiales y la cirugía

Mediante el uso de una impresora 3-D, podrían crear una lente de cualquier forma, permitiéndoles generar ondas acústicas de cualquier forma. Como resultado, los científicos pueden enfocar las ondas en múltiples puntos al mismo tiempo o pueden controlar la fase de las ondas y dirigirlas en diferentes puntos en diversos momentos.

Para hacer su trabajo transductor, los investigadores desarrollaron un nuevo método para recubrir la resina transparente pintando capas de nanotubos de carbono y polímeros a temperatura ambiente. Los métodos convencionales como la deposición de vapor requieren altas temperaturas que habrían derretido la resina ahumada. Su transductor de prueba de concepto genera una onda plana y centrada al mismo tiempo y se realiza como una de cristal. Con alrededor de dos centímetros de diámetro, cuesta sólo unos dos dólares su impresión.

Lo que diferencia este enfoque es un mejor control combinado con una producción más simple y más barata. "Permite el uso de la acústica para nuevas aplicaciones", subraya Ohl. La precisión del enfoque --hasta cientos de micras-- facilita aplicaciones para el análisis de materiales y la cirugía. Este dispositivo podría ayudar a los médicos a atacar mejor los tumores.

En particular, OHL augura que este dispositivo ayudará a los cirujanos oculares a realizar la cirugía de cataratas. Los investigadores biomédicos pueden usar ondas acústicas para medir las propiedades elásticas de las células en una placa de Petri, viendo cómo responden a fuerzas.

Al enfocar ondas en diferentes puntos y tiempos, el dispositivo puede ejercer fuerzas de cizallamiento y clasificar, aislar y manipular las gotitas, partículas o células biológicas. Sería una herramienta poderosa en la microfluídica, por ejemplo, que requiere un control fuerte, preciso y rápido de líquidos. A tal fin, los investigadores están usando transductores fotoacústicos impresos en 3-D para hacer activadores.