Investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley han logrado imprimir en 3D líquidos magnéticos que podrían conducir a una amplia gama de nuevos dispositivos, especialmente aquellos que ayudarían a la comunidad médica. Este material podría formar la base de células artificiales o micro-robots que los investigadores controlan aplicando un campo magnético externo.
Los imanes forman una parte crucial de la mayoría de los dispositivos electrónicos, pero vienen en forma sólida, lo que limita su rango de funcionalidad. Sin embargo, este no tiene por qué ser el caso, como aclaran Tom Russel y sus compañeros de laboratorio. Durante los últimos siete años, han liderado la investigación sobre el programa ‘Ensambles Interfaciales Adaptativos hacia la Estructuración de Líquidos’, que se centra en el desarrollo de una nueva clase de estructuras totalmente líquidas imprimibles en 3D. Este líquido magnético representa una nueva forma de programar imanes a nivel de material utilizando ‘ferrofluidos’.
“ Hemos creado un nuevo material que es tanto líquido como magnético. Nadie había observado esto antes ”, dijo Russell, un científico de la facultad visitante en Berkeley Lab y profesor de ciencia e ingeniería de polímeros en la Universidad de Massachusetts, Amherst, quien dirigió el estudio. “ Esto abre la puerta a una nueva área de la ciencia en materia blanda magnética. »
Los ferrofluidos son soluciones de partículas de óxido de hierro que se vuelven fuertemente magnéticas en presencia de un imán. Russell y Xubo Liu, autor principal del estudio que detalla estos materiales, tomaron estos líquidos como inspiración para su trabajo. El problema es que los ferrofluidos a menudo son magnéticos solo temporalmente y en presencia de estímulos.
“ Nos preguntamos: ‘Si un ferrofluido puede volverse temporalmente magnético, ¿qué podríamos hacer para que sea permanentemente magnético y se comporte como un imán sólido pero aún se vea y se sienta como un líquido?’ —Dijo Russell.
Células artificiales y micro-robots magnéticos
Su respuesta fue colocar los ferrofluidos cerca de una bobina magnética, marcando el primer imán líquido permanente. Russell y Liu utilizaron una técnica de impresión 3D para depositar gotas de 1 milímetro de una solución de ferrofluido que contenía nanopartículas de óxido de hierro. Toda la mezcla tenía solo 20 nanómetros de diámetro, aproximadamente el tamaño promedio de una proteína de anticuerpo.
Los científicos Paul Ashby y Brett Helms de Molecular Foundry de Berkeley Lab también ayudaron en la aplicación de microscopía de fuerza atómica. Revelaron que las nanopartículas crearon una capa sólida donde se unían los dos líquidos. Como resultado, las nanopartículas tendieron a amontonarse en la superficie de la gota, formando una abundancia. Aquí es donde los magnetizaron usando una bobina magnética mientras goteaban.
La razón por la que este material podría ser particularmente útil para formar micro-robótica y células artificiales es que es mucho más moldeable. Los líquidos magnéticos impresos en 3D cambian de forma para adaptarse a su entorno. Pueden asumir la fisicalidad de una esfera o un cilindro o un tubo tan delgado como un mechón de cabello o incluso parecerse a un pulpo sin renunciar a sus propiedades magnéticas.
Sorprendentemente, los investigadores sintonizaron las gotas, demostrando que podían cambiar entre un modo magnético y modos no magnéticos. Durante el modo magnético, sus movimientos se pueden controlar de forma remota según las indicaciones de un imán externo, agregó Russell. Esto los hace bastante útiles para diversas tareas robóticas. En el futuro, podrían crear sistemas de administración de fármacos no invasivos o incluso células artificiales. Los investigadores solo están rascando la superficie de las posibilidades.
Imagen destacada cortesía del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley. Lea el resumen del estudio aquí .
