La impresión 3D de azúcar generalmente se asocia exclusivamente con la cocina y la repostería. Y si es así, entonces con algo frívolo e inútil desde un punto de vista práctico (aunque los postres, por supuesto, esto es genial).
El reciente descubrimiento de científicos de Illinois cambiará esta actitud. Desarrollaron el método de impresión de isomalt libre y ya lo están utilizando en el trabajo con dispositivos microfluídicos y tejidos biológicos. En general, el jefe del grupo de investigación es el director del Centro de Cáncer de Illinois, y el desarrollo creado ayudará en el estudio de los tumores cancerosos.
Algunas palabras sobre la impresión de azúcar para pastelerosLos diseñadores de California Kyle y Liz von Hasseln fueron los primeros en adivinar el azúcar en una impresora 3D en 2013. Según una leyenda establecida, querían hacer un pastel de cumpleaños para un amigo, pero no tenían horno. Por lo tanto, decidieron imprimir el pastel. Después de muchos intentos, sin embargo, llegaron a la cima de un pequeño pastelito con el nombre impreso de un amigo (mientras lo resolvían, su cumpleaños ya había pasado). Habiendo decidido que esta es un área prometedora, la pareja fundó The Sugar Lab y comenzó a hacer objetos de arte comestibles. En el mismo 2013, 3D Systems
adquirió la startup.
En 2014, 3D Systems comenzó la producción en masa de impresoras de azúcar. Usan un método en capas para crear objetos. Primero, una capa de material, luego una capa de agua, que se usa como fijador. Los objetos terminados son duraderos y mantienen bien su forma.
El trabajo de The Sugar Lab. Fuente de la fotoAdemás de los gigantes industriales, la idea comenzó a desarrollar entusiastas individuales, como el holandés Julian Singh. Para su propia impresora diseñada, hizo un polvo de azúcar especial, al que agregó un agente aglutinante.
Los ingenieros de la Universidad de Illinois han creado una impresora 3D que imprime con azúcar y le permite crear estructuras detalladas, de modo que las impresoras 3D comerciales no pueden imprimir. En lugar de crear un objeto capa por capa, esta impresora forma una red de filamentos delgados de isomalta endurecida, un tipo de alcohol de azúcar que se usa en pastillas para la tos.
El proyecto fue dirigido por el director del Centro de Cáncer de Illinois,
Rohit Bhargava . Es profesor de ingeniería y ha colaborado durante mucho tiempo con químicos, ingenieros eléctricos y fabricantes de máquinas. Debido a su especialización, Bhargava se dedica a la investigación en el campo de la oncología. El nuevo método mejorará la metodología de estos estudios.
Los científicos llamaron la atención no a la sacarosa ordinaria, sino a una de sus opciones. Este es Isomalt, un suplemento alimenticio E953, se utiliza en la fabricación de productos para diabéticos. Isomalt es inofensivo para el cuerpo, mientras que sabe dulce y se derrite bien. Por lo tanto, también se usa ampliamente en la preparación de dulces, helados, chocolate y otros dulces.
Ejemplo de decoración de isomaltLos cristales de isomalta son fáciles de calentar y fundir. Pero lo principal es que el material se endurece rápidamente y retiene la forma que se le dio. Casi no se deforma cuando se enfría, y la plasticidad del azúcar ayuda a maximizar el detalle de los objetos.
Según Bhargava, la impresión isomalt es una excelente manera de crear un marco para unir tejidos blandos, células o tejidos en crecimiento. Posteriormente, este marco se disolverá por sí solo. Un posible uso es el cultivo de tejidos o el estudio de tumores en el laboratorio. Los cultivos celulares generalmente se cultivan de forma plana (en placas de Petri). Esto nos permite comprender algunas características de las células, pero esta no es la forma más efectiva de ver el funcionamiento del sistema en el cuerpo: "Todo en el cuerpo tiene formas claramente definidas, y la forma y la función están muy estrechamente conectadas".
En un informe publicado, los investigadores describen los materiales y mecanismos de impresión libre con isomalt. "Libre" aquí significa que a medida que la boquilla se mueve en el espacio, el material fundido se solidifica en una estructura sólida.
La impresión con otros tipos de azúcar ya se ha estudiado anteriormente, pero hubo problemas con la combustión y la cristalización del material. El equipo descubrió que isomalt es adecuado para la impresión 3D y menos propenso a la quema y la cristalización. Luego, los investigadores tuvieron que construir una impresora con la combinación correcta de piezas mecánicas: con el punto de fusión correcto, la presión en la extrusora, el diámetro y la velocidad correctos de la boquilla.
Una de las ventajas de las estructuras de isomaltas resultantes es la capacidad de crear tubos delgados con secciones transversales redondas, lo que no es posible con la impresión convencional de polímeros. Cuando el azúcar se disuelve, deja una serie de tubos y túneles cilíndricos conectados que pueden usarse como vasos sanguíneos para transportar nutrientes a los tejidos o para crear canales en dispositivos microfluídicos.
Otra ventaja es la capacidad de controlar con precisión las características mecánicas de cada parte de la estructura debido a cambios menores en la configuración de impresión.
“Por ejemplo, imprimimos un conejo. Al establecer varios parámetros de impresión, podemos hacer que las propiedades mecánicas de la cola, la espalda y las orejas del conejo sean diferentes ", dice Bhargava. - Esto es muy importante para la investigación biológica. En la impresión capa por capa, se emite el mismo material en el mismo volumen, por lo que es muy difícil establecer diferentes propiedades mecánicas ".
El grupo Bhargava ya utiliza andamios de isomalta en dispositivos microfluídicos y trabaja con cultivos celulares. Los científicos ahora están desarrollando recubrimientos para estos andamios para controlar su velocidad de disolución.
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