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Creazione di oggetti 3D con il suono

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Gli scienziati del Max Planck Institute for Medical Research e dell’Università di Heidelberg hanno creato una nuova tecnologia per assemblare la materia in 3D. Il loro concetto utilizza più ologrammi acustici per generare campi di pressione con i quali è possibile stampare particelle solide, sfere di gel e persino cellule biologiche. Questi risultati aprono la strada a nuove tecniche di coltura cellulare 3D con applicazioni nell’ingegneria biomedica.

L’uso di onde sonore per creare un campo di pressione per stampare particelle. © MPI per la ricerca medica, Università di Heidelberg/Kai Melde

La produzione additiva o la stampa 3D consente la fabbricazione di parti complesse da materiali funzionali o biologici. La stampa 3D convenzionale può essere un processo lento, in cui gli oggetti vengono costruiti una linea o uno strato alla volta. I ricercatori di Heidelberg e Tubinga ora dimostrano come formare un oggetto 3D da blocchi di costruzione più piccoli in un solo passaggio. “Siamo stati in grado di assemblare le microparticelle in un oggetto tridimensionale all’interno di un singolo scatto utilizzando gli ultrasuoni modellati”, afferma Kai Melde, postdoc del gruppo e primo autore dello studio. “Questo può essere molto utile per il bioprinting. Le cellule utilizzate sono particolarmente sensibili all’ambiente durante il processo”, aggiunge Peer Fischer, professore all’Università di Heidelberg.

Le onde sonore esercitano forze sulla materia, un fatto noto a qualsiasi frequentatore di concerti che sperimenta le onde di pressione di un altoparlante. Utilizzando gli ultrasuoni ad alta frequenza, che non sono udibili dall’orecchio umano, le lunghezze d’onda possono essere spinte al di sotto di un millimetro nel regno microscopico, che viene utilizzato dal ricercatore per manipolare elementi costitutivi molto piccoli, come le cellule biologiche.

Nei loro studi precedenti Peer Fischer e colleghi hanno dimostrato come formare gli ultrasuoni usando ologrammi acustici – lastre stampate in 3D, che sono fatte per codificare un campo sonoro specifico. Quei campi sonori, hanno dimostrato, possono essere usati per assemblare materiali in schemi bidimensionali. Sulla base di ciò, gli scienziati hanno ideato un concetto di fabbricazione.

Il campo acustico cattura le particelle

Con il loro nuovo studio il team è stato in grado di portare il proprio concetto un ulteriore passo avanti. Catturano particelle e cellule che fluttuano liberamente nell’acqua e le assemblano in forme tridimensionali. Inoltre, il nuovo metodo funziona con una varietà di materiali tra cui perle di vetro o idrogel e cellule biologiche. Il primo autore Kai Melde afferma che “l’idea cruciale era quella di utilizzare più ologrammi acustici insieme e formare un campo combinato in grado di catturare le particelle”. Heiner Kremer, che ha scritto l’algoritmo per ottimizzare i campi dell’ologramma, aggiunge: “La digitalizzazione di un intero oggetto 3D in campi di ologrammi a ultrasuoni è computazionalmente molto impegnativa e ci ha richiesto di elaborare una nuova routine di calcolo”.

Gli scienziati ritengono che la loro tecnologia sia una piattaforma promettente per la formazione di colture cellulari e tessuti in 3D. Il vantaggio degli ultrasuoni è che è delicato per l’utilizzo di cellule biologiche e che può viaggiare in profondità nei tessuti. In questo modo può essere utilizzato per manipolare e spingere a distanza le cellule senza danni.

Fonte originale: https://www.mpg.de/19859671/0209-mefo-creating-3d-objects-with-sound-153070-x

 

 

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