Equipo inventa método para encoger objetos a nanoescala: No es exactamente el traje de Ant-Man, pero el sistema produce estructuras tridimensionales una milésima parte del tamaño de los originales

Investigadores del MIT han inventado una forma de fabricar objetos tridimensionales a nanoescala de casi cualquier forma. También pueden modelar los objetos con una variedad de materiales útiles., incluyendo metales, puntos cuánticos, y ADN. "Es una forma de poner casi cualquier tipo de material en un patrón tridimensional con precisión a nanoescala," dice Edward Boyden, ellos. Eva Tan Profesora de Neurotecnología y profesora asociada de ingeniería biológica y de ciencias cerebrales y cognitivas en el MIT.

Los ingenieros del MIT han ideado una forma de crear objetos tridimensionales a nanoescala modelando una estructura más grande con un láser y luego reduciéndola.. Esta imagen muestra una estructura compleja antes de encogerse.. Imagen: Daniel Oran

Usando la nueva técnica, Los investigadores pueden crear cualquier forma y estructura que deseen modelando un andamio de polímero con un láser.. Después de colocar otros materiales útiles al andamio., lo encogen, generando estructuras una milésima del volumen del original.

Estas pequeñas estructuras podrían tener aplicaciones en muchos campos, De la óptica a la medicina y a la robótica., los investigadores dicen. La técnica utiliza equipos con los que ya cuentan muchos laboratorios de biología y ciencia de materiales., haciéndolo ampliamente accesible para los investigadores que quieran probarlo..

boyden, quien también es miembro del Media Lab del MIT, Instituto McGovern para la investigación del cerebro, y el Instituto Koch para la Investigación Integrativa del Cáncer, es uno de los autores principales del artículo., que aparece en diciembre. 13 cuestión de Ciencia. El otro autor principal es Adam Marblestone., una filial de investigación de Media Lab, y los autores principales del artículo son los estudiantes de posgrado Daniel Oran y Samuel Rodriques..

Fabricación de implosión

Las técnicas existentes para crear nanoestructuras tienen un alcance limitado. Grabar patrones en una superficie con luz puede producir nanoestructuras bidimensionales, pero no funciona con estructuras tridimensionales.. Es posible crear nanoestructuras tridimensionales añadiendo gradualmente capas una encima de otra, pero este proceso es lento y desafiante. Y, mientras que existen métodos que pueden imprimir directamente objetos a nanoescala en 3D, Están restringidos a materiales especializados como polímeros y plásticos., que carecen de las propiedades funcionales necesarias para muchas aplicaciones. además, sólo pueden generar estructuras autoportantes. (La técnica puede producir una pirámide sólida., por ejemplo, pero no una cadena eslabonada ni una esfera hueca.)

Para superar estas limitaciones, Boyden y sus alumnos decidieron adaptar una técnica que su laboratorio desarrolló hace unos años para obtener imágenes de alta resolución del tejido cerebral.. Esta tecnica, conocido como microscopía de expansión, Implica incrustar tejido en un hidrogel y luego expandirlo., permitiendo obtener imágenes de alta resolución con un microscopio normal. Cientos de grupos de investigación en biología y medicina utilizan ya la microscopía de expansión, ya que permite la visualización tridimensional de células y tejidos con hardware común.

Al revertir este proceso, Los investigadores descubrieron que podían crear objetos a gran escala incrustados en hidrogeles expandidos y luego reducirlos a nanoescala., un enfoque que ellos llaman “fabricación por implosión”.

Como lo hicieron con la microscopía de expansión., los investigadores utilizaron un material muy absorbente hecho de poliacrilato, comúnmente encontrado en pañales, como andamio para su proceso de nanofabricación. El andamio se baña en una solución que contiene moléculas de fluoresceína., que se fijan al andamio cuando se activan con luz láser.

Usando microscopía de dos fotones, que permite apuntar con precisión a puntos profundos dentro de una estructura, Los investigadores unen moléculas de fluoresceína a ubicaciones específicas dentro del gel.. Las moléculas de fluoresceína actúan como anclajes que pueden unirse a otro tipo de moléculas que añaden los investigadores..

“Los anclajes los fijas donde quieras con luz, y luego puedes adjuntar lo que quieras a los anclajes.,"Boyden dice. “Podría ser un punto cuántico, podría ser un trozo de ADN, podría ser una nanopartícula de oro”.

“Es un poco como la fotografía cinematográfica: una imagen latente se forma al exponer un material sensible en un gel a la luz.. Entonces, Puedes convertir esa imagen latente en una imagen real adjuntando otro material., plata, después. De esta manera, la fabricación por implosión puede crear todo tipo de estructuras., incluyendo gradientes, estructuras desconectadas, y patrones multimateriales,” Orán dice.

Una vez que las moléculas deseadas están unidas en los lugares correctos, los investigadores encogen toda la estructura añadiendo un ácido. El ácido bloquea las cargas negativas del gel de poliacrilato para que ya no se repelan entre sí., haciendo que el gel se contraiga. Usando esta técnica, Los investigadores pueden reducir los objetos 10 veces en cada dimensión. (para una reducción total de 1.000 veces el volumen). Esta capacidad de encogerse no sólo permite una mayor resolución, pero también permite ensamblar materiales en un andamio de baja densidad. Esto permite un fácil acceso para modificaciones., y luego el material se convierte en un sólido denso cuando se contrae.

“La gente lleva años intentando inventar mejores equipos para fabricar nanomateriales más pequeños., pero nos dimos cuenta de que si simplemente usas sistemas existentes e integras tus materiales en este gel, puedes reducirlos a la nanoescala, sin distorsionar los patrones,” Rodriques says.

Actualmente, los investigadores pueden crear objetos que están alrededor 1 milímetro cúbico, modelado con una resolución de 50 nanómetros. Existe una compensación entre tamaño y resolución.: Si los investigadores quieren hacer objetos más grandes, acerca de 1 centímetro cúbico, pueden alcanzar una resolución de aproximadamente 500 nanómetros. sin embargo, esa resolución podría mejorarse con un mayor perfeccionamiento del proceso, los investigadores dicen.

Mejor óptica

El equipo del MIT ahora está explorando posibles aplicaciones para esta tecnología., y anticipan que algunas de las primeras aplicaciones podrían estar en la óptica, por ejemplo, fabricar lentes especializadas que podrían usarse para estudiar las propiedades fundamentales de la luz. Esta técnica también podría permitir la fabricación de más pequeños, mejores lentes para aplicaciones como cámaras de teléfonos móviles, microscopios, o endoscopios, los investigadores dicen. Más lejos en el futuro, Los investigadores dicen que este enfoque podría usarse para construir robots o dispositivos electrónicos a nanoescala..

"Hay todo tipo de cosas que puedes hacer con esto,"Boyden dice. "La democratización de la unanofabricación podría abrir fronteras que aún no podemos imaginar".

Muchos laboratorios de investigación ya cuentan con el equipo necesario para este tipo de fabricación.. “Con un láser ya se puede encontrar en muchos laboratorios de biología, puedes escanear un patrón, luego depositar metales, semiconductores, o ADN, y luego reducirlo,"Boyden dice.

Fuente: http://news.mit.edu por Anne Trafton