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La tinta semiconductora permite imprimir circuitos bioeléctricos en 3D

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La técnica ha logrado insertar un diodo emisor de luz en una lente de contacto

  • por Katherine Bourzac | traducido por Lía Moya
  • 02 Diciembre, 2014

Imagen: Una ilustración del led impreso por el grupo de McAlpine.

Las impresoras 3D ya son capaces de producir prototipos y piezas de repuesto tanto de metal como de polímeros. Ahora investigadores de la Universidad de Princeton (EEUU) han dado un paso importante para expandir el potencial de la tecnología. El equipo ha desarrollado una nueva forma de imprimir circuitos electrónicos funcionales con semiconductores y otros materiales. También están refinando formas de combinar la electrónica con materiales biocompatibles e incluso con tejidos vivos, lo que podría abrir el camino a novedosos y exóticos implantes.

Gracias a cartuchos llenos de "tinta" semiconductora, se deberían poder imprimir circuitos para todo tipo de tareas, afirma el profesor adjunto de la Universidad de Princeton Michael McAlpine, quien ha dirigido el trabajo. Para demostrar la hazaña, los investigadores imprimieron un diodo emisor de luz sobre una lente de contacto.

Los procesadores y circuitos de pantalla dentro de un ordenador no se prestan a la impresión 3D porque necesitan muchos componentes complejos fabricados a nanoescala. Pero este sistema se podría usar para producir dispositivos médicos o implantes que incorporen electrónicamente. Por ejemplo, los investigadores podrían imprimir una estructura sobre la que cultivar tejido nervioso, afirma McAlpine. Y sugiere que si también pudieran imprimir ledes y circuitos en la estructura, esta luz serviría para estimular los nervios y la electrónica podría hacer de interfaz con un brazo ortopédico.

El año pasado McAlpine usó la impresión 3D para fabricar una oreja "bioelectrónica" (ver "Órganos cíborg"). Estaba fabricada con células vivas sujetas a una matriz de hidrogel pegajoso; también tenía tinta conductora de la electricidad fabricada con una suspensión de nanopartículas de plata, que formaba una bobina eléctrica capaz de recibir señales de radio.

Foto: Ledes encapsulados en un cubo impreso.

Desde entonces, el grupo de McAlpine ha estado trabajando para ampliar la impresión en 3D a materiales semiconductores que permitan a un dispositivo impreso procesar sonidos entrantes. Los semiconductores son un ingrediente clave de los circuitos para procesar información y también se pueden usar para detectar y emitir luz.

Para ampliar la paleta de posibilidades de impresión 3D, el grupo de McAlpine ha construido su propia impresora ya que la mayoría de las que hay en el mercado actualmente sólo sirven para imprimir plástico. "Si intentas meterle otras cosas, se atasca", afirma. También necesitaban poder imprimir a mayor resolución. La oreja biónica, por ejemplo, tenía características milimétricas y para fabricar ledes tuvieron que pasar a la escala micrométrica.

Para fabricar el led, los investigadores de Princeton escogieron puntos cuánticos, nanopartículas semiconductoras que emiten una luz muy brillante en respuesta a la corriente eléctrica. También usaron dos tipos de metal para hacer cables y contactos eléctricos para los dispositivos, así como polímeros y una matriz de silicona para sujetarlo todo. Uno de los desafíos a la hora de imprimir con tantas tintas distintas es que corres el riesgo de que se mezclen unas con otras. Así que los investigadores tuvieron que asegurarse de suspender cada material en un solvente que no se mezclaría con ninguno de los otros.

El grupo de McAlpine creó un cubo con ocho ledes verdes y naranjas, apilados de dos en dos. Los investigadores imprimieron los ledes sobre una lente de contacto después de escanearla para que la forma de los dispositivos impresos coincidiera con la curvatura de la superficie de la lente.

"El led no es más que una parte del puzle de impresión en 3D de electrónica activa", afirma McAlpine, Una vez que los investigadores puedan imprimir materiales electrónicos activos, deberían poder crear circuitos para procesar información, sensores, detectores de luz y otros elementos, e integrarlos con tejidos biológicos, afirma.

McAlpine y su equipo no son los únicos que están ampliando rápidamente las posibilidades de la impresión en 3D. "La mayoría de la impresión en 3D es una pistola de pegamento sofisticada que sólo imprime polímeros", explica el ingeniero químico de la Universidad del Norte del Estado de California en Raleigh (EEUU), Michael Dickey, que no ha participado en el trabajo de McAlpine. Su grupo ha desarrollado un metal líquido que se puede imprimir para formar alambres metálicos que se reparan solos (vídeo aquí). Y la profesora de ingeniería inspirada en la biología de la Universidad de Harvard (EEUU), Jennifer Lewis, ha estado desarrollando impresión en 3D para ingeniería de tejidos combinando múltiples tipos de células en forma de patrones complejos que incluyen vasos sanguíneos.

McAlpine está usando la nueva técnica para fabricar dispositivos biomédicos a medida, algunos de los cuales se están probando en estudios con animales. No quiere compartir aún los detalles de este trabajo que aún no se ha publicado, pero añade que también ha empezado a hacer dispositivos electrónicos complejos con células vivas.

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