Investigadores del MIT han diseñado dispositivos de bajo costo, conocidos como emitores electrospray triaxiales, que pueden fabricar de manera eficiente partículas para la entrega de medicamentos y materiales autoconstructivos.
Estos emitores utilizan electricidad para dispensar tres líquidos desde boquillas microscópicas, creando un flujo constante con tres capas de fluidos distintas. Esto permite la formación de gotas multicapa que se solidifican en micropartículas.
Producción escalable de partículas
Por ejemplo, un conjunto de emitores triaxiales puede producir nanopartículas de entrega de medicamentos con tres capas. La capa externa podría erosionarse lentamente en el estómago, liberando un segundo material que controla la entrega del núcleo que proporciona el medicamento a una zona específica del intestino.
Tradicionalmente, desarrollar un pequeño conjunto de emitores electrospray requiere procesos de microfabricación costosos y largos en salas limpias de semiconductores. Para superar estos inconvenientes, los investigadores del MIT han impreso en 3D conjuntos de emitores triaxiales con 16 boquillas en un área de aproximadamente un centímetro cuadrado.
Cada dispositivo cuenta con una red intrincada de microcanales tridimensionales que suministran líquido de manera uniforme a las boquillas. Su proceso de fabricación en un solo paso toma solo unas pocas horas para producir complejas matrices de emitores.
Impacto en diversas aplicaciones
Las pruebas mostraron que las matrices impresas en 3D generaban gotas uniformes y multicapa a gran escala. Esta uniformidad es clave para la fabricación de micropartículas estratificadas que se utilizan en aplicaciones como biosensores o células artificiales para ayudar en la regeneración de tejidos.
“No podríamos hacer un dispositivo así en una sala limpia de semiconductores. Esto es posible solo porque se imprimen en 3D”, afirma Luis Fernando Velásquez-García, científico principal en el Laboratorio de Tecnología de Microsistemas del MIT. “Los dispositivos que generan estas partículas pueden tener un gran impacto en muchas aplicaciones. Queremos democratizar esta tecnología para que los beneficios lleguen a más personas”.
Velásquez-García colabora con Bryan Ivan Quintanar-Abarca del Instituto Tecnológico de Monterrey en México. La investigación ha sido publicada en Virtual and Physical Prototyping.
Un proceso preciso y optimizado
Los emitores electrospray aplican un alto voltaje a un líquido al salir de la boquilla, produciendo un flujo constante de gotas extremadamente pequeñas. Los dispositivos triaxiales contienen matrices de tres boquillas concéntricas que emiten simultáneamente tres líquidos no mezclables en gotas estratificadas.
La miniaturización es fundamental para estos dispositivos, ya que a menor tamaño del emisor, menor es el voltaje requerido para generar las gotas. Debido a que la salida de un solo emisor es modesta, se requieren matrices de emisores para aumentar la producción de gotas sin sacrificar la uniformidad.
Los dispositivos de electrospray de múltiples emisores suelen fabricarse en salas limpias de semiconductores, pero los procesos tradicionales limitan las formas y tamaños de los componentes. Esta investigación destaca la novedad del trabajo, al no haber reportes previos de un conjunto de emitores electrospray triaxiales miniaturizados.
