No es exactamente cómo lo describe la película de ciencia-ficción Ant-Man, pero un equipo de investigadores del MIT han creado un método que permite fabricar objetos 3D a nanoescala. Con esta nueva técnica se pueden modelar también los objetos que contengan metales o, incluso, ADN.

Aunque hasta ahora existen métodos que pueden imprimir directamente objetos en nanoescala en 3D, estos están restringidos a materiales especializados como polímeros y plásticos, que carecen de las propiedades funcionales necesarias para muchas aplicaciones.

Por ello, entre los aspectos que destacan los investigadores están las múltiples aplicaciones que podrían tener estas pequeñas estructuras en muchos campos, desde la óptica hasta la medicina y la robótica.

“Es una forma de colocar casi cualquier tipo de material en un patrón 3D con precisión a nanoescala”, explica Edward Boyden, profesor de Neurotecnología y de Ingeniería Biológica y de Ciencias Cerebrales y Cognitivas en el MIT.

Al usar esta nueva técnica, los investigadores pueden crear cualquier forma y estructura que quieran al modelar el armazón del polímero con un láser. Después colocan otros materiales útiles en el armazón, lo encogen, generando estructuras con un volumen de una milésima parte del original.

Las técnicas que existían hasta ahora para crear nanoestructuras están limitadas en cuanto a lo que se puede ‘fabricar’. Por ejemplo, se pueden grabar patrones en una superficie con luz para producir nanoestructuras 2D, pero no funciona en estructuras 3D. Además, también es posible crear nanoestructuras 3D agregando capas una encima de la otra, pero es un proceso lento.

Cómo se desarrolló esta nueva técnica

Para superar estas limitaciones, Boyden y su equipo adaptarón una técnica que su laboratorio desarrolló hace unos años para obtener imágenes de alta resolución de tejido cerebral. Esta técnica implica incrustar tejido en un hidrogel y luego expandirlo, lo que permite obtener imágenes de alta resolución con un microscopio normal. Cientos de grupos de investigación en biología y medicina ahora están utilizando técnica que permite la visualización 3D de células y tejidos con hardware ordinario.

Al invertir este proceso, los investigadores descubrieron que podían crear objetos a gran escala incrustados en hidrogeles expandidos y luego reducirlos a nanoescala, un enfoque que denominan “fabricación de implosión”.

Además, uno de los aspectos positivos de esta nueva técnica es que muchos laboratorios de investigación ya cuentan con el equipo necesario para este tipo de fabricación. “Con un láser que ya puedes encontrar en muchos laboratorios de biología, puedes escanear un patrón, luego depositar metales, semiconductores o ADN, para reducirlo después”, apunta Boyden.

“Es un poco como la fotografía de película: una imagen latente se forma al exponer un material sensible en un gel a la luz. Luego, puedes convertir esa imagen latente en una imagen real al adjuntar otro material, plateado, después. De esta manera, la fabricación de implosiones puede crear todo tipo de estructuras, incluidos gradientes, estructuras no conectadas y patrones multimateriales ”, dice Oran.

Usando esta técnica, los investigadores pueden reducir los objetos 10 veces en cada dimensión (para una reducción general de volumen de 1.000 veces). Esta capacidad de reducción no solo permite una mayor resolución, sino también ensamblar materiales en un armazón de baja densidad. Esto permite un fácil acceso para la modificación, y luego el material se convierte en un sólido denso cuando se reduce.

“La gente ha estado durante años tratando de inventar los mejores equipos para fabricar los nanomateriales más pequeños, pero nos dimos cuenta de que si solo usas los sistemas existentes e integras los materiales en este gel, puedes reducirlos a nanoescala, sin distorsionar los patrones”.

Actualmente, los investigadores pueden crear objetos de alrededor de un milímetro cúbico, modelados con una resolución de 50 nanómetros. Existe un equilibrio entre el tamaño y la resolución: si los investigadores quieren hacer objetos más grandes, alrededor de un centímetro cúbico, pueden lograr una resolución de unos 500 nanómetros. Sin embargo, los investigadores creen que esa resolución podría mejorarse con un mayor refinamiento del proceso.