Microorganismos como las diatomeas. Odontella aurita y algas verdes Tetraselmis striata Debido a su alto contenido en lípidos y pigmentos fotoactivos, es especialmente adecuado como “biofábrica” para la producción de materiales sostenibles para la impresión láser 3D. Un equipo de investigación internacional dirigido por la profesora Dra. Eva Blasko, científica del Instituto de Ingeniería de Sistemas Moleculares y Materiales Avanzados (IMSEAM) de la Universidad de Heidelberg, ha logrado por primera vez producir tintas para imprimir microestructuras 3D biocompatibles complejas a partir de materias primas. extraído de microalgas. Los materiales basados en microorganismos podrían usarse como base de implantes o estructuras para cultivos celulares en 3D en el futuro.
Entre las técnicas de fabricación aditiva, la impresión láser 3D de dos fotones ofrece ventajas particulares para la fabricación a micro y nanoescala. Debido a su notable resolución, encuentra aplicaciones en numerosos campos, incluidos la óptica y la fotónica, la microfluídica y la biomedicina. El proceso consiste en enfocar un rayo láser sobre una resina fotoactiva líquida, la llamada “tinta”. En el punto focal, la luz láser activa moléculas especiales conocidas como fotoiniciadores e inicia una reacción química que da como resultado la solidificación local de la tinta.
Hasta la fecha, los polímeros de origen petroquímico se han utilizado principalmente como tintas para este proceso de impresión láser 3D de alta precisión. Sin embargo, estos polímeros contribuyen al agotamiento de los combustibles fósiles y a las emisiones de gases de efecto invernadero y también pueden contener ingredientes tóxicos, como señala el profesor Blasko. Las microalgas son especialmente adecuadas como “biofábricas” para la producción de materiales sostenibles para la impresión 3D debido a su rápida tasa de crecimiento, CO2-Estabilización durante el cultivo y biocompatibilidad. “A pesar de sus ventajas, los microorganismos rara vez se han considerado como materia prima para la impresión 3D basada en luz”, afirmó el profesor Blasko, cuyo grupo realiza investigaciones en la interfaz de la química macromolecular, la ciencia de los materiales y la nanofabricación 3D.
El equipo de investigación logró por primera vez extraer a partir de microalgas materiales biocompatibles para la impresión láser 3D de alta resolución. Para sus experimentos, los investigadores seleccionaron dos especies: las diatomeas. Odontella aurita y algas verdes Tetraselmis striata — que contienen niveles particularmente altos de lípidos en forma de triglicéridos. El equipo extrajo triglicéridos y los funcionalizó con acrilatos para facilitar una curación más rápida tras la irradiación de luz. Se ha demostrado que los pigmentos verdes fotoactivos presentes en las microalgas son adecuados como fotoiniciadores. Cuando se exponen a la luz, desencadenan reacciones químicas que solidifican la tinta en una estructura tridimensional. “De esta manera evitamos el uso de aditivos potencialmente tóxicos como los fotoiniciadores utilizados en las tintas convencionales”, explica la primera autora Clara Vázquez-Martel, candidata doctoral en el grupo de investigación de Eva Blasko en el IMSEAM.
Utilizando el nuevo sistema de tinta, los investigadores pudieron crear varias microestructuras 3D con alta precisión, mostrando características complejas como techos salientes y cavidades. Utilizando experimentos de cultivos celulares, los investigadores también investigaron la biocompatibilidad de tintas a base de microalgas. Prepararon microandamios 3D en los que se cultivaron células durante aproximadamente 24 horas. Observaron tasas de supervivencia de casi el 100 por ciento. “Nuestros resultados abren nuevas posibilidades no sólo para una impresión 3D con luz más sostenible, sino también para aplicaciones de ciencias biológicas, desde cultivos celulares 3D hasta implantes biocompatibles”, afirmó el profesor Blasko.
La investigación se llevó a cabo dentro del grupo de excelencia “3D Matter Made to Order” en colaboración con la Universidad de Heidelberg y el Instituto Tecnológico de Karlsruhe (KIT). En el estudio participaron investigadores de Heidelberg, KIT y el Banco Español de Algas de la Universidad de Las Palmas de Gran Canaria (ULPGC, España). El trabajo fue financiado por la Fundación Alemana de Investigación, la Fundación Carl Zeiss, el Fonds der Chemischen Industrie y la Unión Europea en el marco del Programa Europeo de Cooperación Territorial. La investigación se publica en la revista “Advanced Materials”.